专利名称：一种超级电容器的制备方法
技术领域：
本发明属于新能源储能技术领域，涉及超级电容器，具体涉及一种超级电容器的制备方法。
背景技术：
超级电容器又叫双电层电容器，是一种新型环保的储能元件。超级电容器的基本原理是利用活性物多孔电极和电解液组成的双电层结构获得超大的容量，所以其储能机制为物理储能不涉及化学反应，这就意味着超级电容器拥有十万甚至数百万次的充放电循环寿命。传统电容器的电荷存储区域为简单平面，而超级电容器用活性物作为正负极，利用其超大比表面积增加电荷的存储量，并且使带电粒子在正负极表面附近形成双电层，使超级电容器能够具有法拉级别的容量。在以往超级电容器电极制作中，将活性材料和导电材料，一般为粉末材料，与橡胶类粘结剂和水混合，活性材料和导电材料分散在橡胶类粘结剂和水中，其中分散电极材料制成浆料，形成极片，涂于集电极上，干燥制成电极，但由于这种方法的粘结力弱，极片与集电极为保证极片的粘接强度，粘接剂在极片中含量较高通常在10%以上，致使整个极片中活性物含量低于80%，将电极进一步加工制成超级电容器后，产品容量密度较低，同时产品在大电流高频率充放电过程中，极片将会与集电极逐渐分离剥落，超级电容器产品性能劣化严重。
发明内容
针对目前超级电容器生产技术存在的问题，本发明提供一种超级电容器的制备方法，解决集电极与极片间粘结强度小及极片内部粘结强度小等问题。本发明中极片由活性材料、导电材料和复合粘结剂构成，极片与金属集电极形成一体，构成超级电容器的电极，将电极加工成一定尺寸后，连接上引线，在两个电极中间加入隔极膜卷绕成一定尺寸的芯子，真空干燥，加入有机电解液后封装制成超级电容器。实现本发明的技术方案是
(1)准备集电极选取原料金属铝或铝合金经过表面交流腐蚀粗糙化处理后，作为集电
极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，再将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂溶液含量为0. 5-3%，活性材料为92-97. 5%，导电材料为2-5%，然后将上述混合物压制成厚度为100-150 μ m的极片；所述的复合粘结剂溶液为具有通式(1)结构的物质和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂，溶解在水、乙醇、异丙醇或丙酮溶剂中分散均勻，形成的溶液，按重量比，通式(1)的物质为5-35%，聚四氟乙烯为65-95%，通式(1)的物质结构为
(HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=l-100(3)制备电极将集电极表面涂覆一层导电胶，将极片粘附在集电极的一面或两面，形成电极；
(4)制备芯子将两张尺寸相同的电极连接引线后，在其中间夹入1(Γ50μπι厚的隔极膜，卷绕成直径为Φ16-Φ65πιπι高度为20-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥 8-72小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2.7V直流电压下通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品。其中所述的作为集电极的原料金属铝或铝合金，纯度至少为99. 9wt%，铜含量为 0.005wt%以下。集电极要求表面粗糙，是为了与极片接触良好。本发明的极片中复合粘结剂含量为0. 5-3%，其余为活性材料和导电材料，其中复合粘结剂含量为0. 5%及以上极片就能达到所需极片的强度，但粘结剂含量过高极片电阻变大，最好为1.5-3%。所述的活性材料选用活性炭、碳纳米管或石墨烯中的一种或一种以上以任意比例混合的组合物，其中活性碳的比表面积为800-3000m2/g，碳纳米管的比表面积为 200-600m2/g,石墨烯的比表面积为500-1500 m2/g。所述的导电材料为石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均为0. 1-2 μ m。所述的导电胶为石墨导电胶、铜粉导电胶或银粉导电胶。所述的隔极膜为纤维素纸、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亚胺，要求隔极膜的孔隙率为60-95%，孔径 0. 05-0. 2 μ m。所述的有机电解液是含有离解性的盐Ii1Ii2Ii3R4NY或Ii1Ii2Ii3R4NPY溶解在有机溶剂中形成的，R1 R2 R3 R4为烷基，相同或不相同，Y为BFpPF6- C104_或CF3S03_阴离子；所述的有机溶剂是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、乙腈或四氢呋喃，或其中一种以上按照任意比例混合形成的混合溶剂。与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是
现有的超级电容器电极制作时通常采用聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯中的一种或一种以上成分作为粘结剂，采用这些粘结剂制作的电极极片机械强度弱，不利于连续化工业生产；而本发明的核心是采用(H0 — Si (CH3)2 0〔Si (CH3)2 0〕 nSi (CH3)2-OH和聚四氟乙烯符号化粘结剂，制作的电极柔软、机械强度大，易于连续化生产； 对本发明的超级电容器在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为100A的条件下进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88%，这说明本发明的超级电容器具有良好的容量稳定性。
具体实施例方式本发明所采用原料通式(1)的物质来自渤海大学精细化研究所，其余原料为市售产品。实施例1
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)n=2
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为5%，聚四氟乙烯95%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为30 μ m，粗糙度为单侧厚度3 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在异丙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2%，活性材料为95%，导电材料为3%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为100 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的一侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后， 向其中间夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用纤维素纸，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为 0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ35πιπι，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2.7V直流电压下通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V700F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。本实施例选用的活性材料为电化学性能稳定的活性炭，比表面积为2200m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸丁烯酯溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为93%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为86% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例2
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=10
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为10%，聚四氟乙烯90%。(1)准备集电极将铝合金表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为30 μ m,粗糙度为单侧厚度3 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在异丙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2%，活性材料为94%，导电材料为4%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为100 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层铜粉导电胶，将极片粘附在集电极的一侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚丙烯，隔极膜的孔隙率为60%，孔径为 0. 05 μ m，卷绕成直径为φ 20mm，高度为40mm的芯子，将此芯子在150°C下真空干燥8小时； (5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V150F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的铝合金。所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭、碳纳米管和石墨烯的混合物，质量比1:2:6，活性炭的比表面积为2200m2/g，碳纳米管的比表面积为200 m2/g，石墨烯的比表面积为500 m2/g。选用的导电材料为乙炔黑，粒度为1 μ m。选用的有机电解液为LOmoVLm(C2H5)NPF6的碳酸丙烯酯和四氢呋喃按照体积比1:1混合的溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为93%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为86% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例3
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=15
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为25%，聚四氟乙烯75%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在水中分散均勻， 形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2. 5%，活性材料为93%，导电材料为4. 5%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层银粉导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中夹入40 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚四氟乙烯，隔极膜的孔隙率为90%，孔径为 0. Iym,卷绕成直径为Φ 50mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V2500F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的碳纳米管和石墨烯的混合物，按质量比2:8， 其中碳纳米管的比表面积为400m2/g，石墨烯的比表面积为1500 m2/g。
选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NClO4的乙腈溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例4
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=30
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为10%，聚四氟乙烯90%。(1)准备集电极将铝合金表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2%，活性材料为95%，导电材料为3%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，夹入20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚四氟乙烯，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为0. 1 μ m， 卷绕成直径为Φ 35mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在100°C下真空干燥72小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V2000F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为活性炭和碳纳米管的混合物，活性炭与碳纳米管质量比为8:2， 活性炭比表面积为2200m2/g，碳纳米管的比表面积为600 m2/g。选用的导电材料为炭黑，粒度为0. 1 μ m。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NCF3SO3的碳酸乙烯脂、谈孙定细致、碳酸二甲脂和碳酸二乙脂按照体积比1:1:1:1混合的溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为50A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例5
本实施例采用的粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (H0 - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=40复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为20%，聚四氟乙烯80%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在丙酮中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为0. 5%，活性材料为97. 5%，导电材料为2%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚偏氟乙烯，隔极膜的孔隙率为70%，孔径为 0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ 35mm，高度为60mm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V500F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为活性炭和石墨烯的混合物，活性炭与石墨烯质量比为8:2，活性炭比表面积为2200m2/g，石墨烯的比表面积为500 m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C3H8) NBF4的碳酸二甲脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为50A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例6
本实施例采用的粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=50
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为25%，聚四氟乙烯75%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m，粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为1. 5%，活性材料为96. 5%，导电材料为2%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚乙烯，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为0. 1 μ m，卷绕成直径为Φ 25mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2. 7V直流电压通电 IOh,最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1500F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为活性炭和碳纳米管的混合物，活性炭与碳纳米管质量比为8:2， 活性炭比表面积为2200m2/g，碳纳米管的比表面积为400 m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二乙脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例7
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=50
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为25%，聚四氟乙烯75%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧2μπι的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为3%，活性材料为92%，导电材料为5%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为150 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚丙烯聚乙烯复合膜，隔极膜的孔隙率为 90%，孔径为0. 1 μ m，卷绕成直径为Φ 30mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1200F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为碳纳米管，碳纳米管的比表面积为600m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸甲乙脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为50A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例8
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=70
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为15%，聚四氟乙烯85%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2. 5%，活性材料为94%，导电材料为3. 5%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为150 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，夹入 20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚酰亚胺，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为0. 1 μ m，卷绕成直径为Φ 30mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V2000F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为活性炭，活性炭比表面积为2200m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸甲乙脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为50A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例9
本实施例采用的复合粘结剂由具有如下通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 (HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)
n=80
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为20%，聚四氟乙烯80%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧2μπι的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为2%，活性材料为94%，导电材料为4%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为150 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间夹入20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚四氟乙烯，隔极膜的孔隙率为80%，厚度为 20 μ m，孔径为0. Ιμπι，卷绕成直径为Φ 30mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1500F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。所述的活性材料为活性炭，活性炭比表面积为2200m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的四氢呋喃溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为50A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。
权利要求
1.一种超级电容器的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行(1)准备集电极选取原料金属铝或铝合金经过表面交流腐蚀粗糙化处理后，作为集电极；(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，再将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂溶液含量为0. 5-3%，活性材料为92-97. 5%，导电材料为2-5%，然后将上述混合物压制成厚度为100-150 μ m的极片；所述的复合粘结剂溶液为具有通式(1)结构的物质和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂，溶解在水、乙醇、异丙醇或丙酮溶剂中分散均勻，形成的溶液，按重量比，通式(1)的物质为5-35%，聚四氟乙烯为65-95%，通式(1)的物质结构为(HO - Si (CH3)2O 〔Si (CH3)2 0) nSi (CH3)2-OH (1)n=l-100(3)制备电极将集电极表面涂覆一层导电胶，将极片粘附在集电极的一面或两面，形成电极；(4)制备芯子将两张尺寸相同的电极连接引线后，在其中间夹入1(Γ50μπι厚的隔极膜，卷绕成直径为Φ16-Φ65πιπι高度为20-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥 8-72小时；(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2.7V直流电压下通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品。
2.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的作为集电极的原料金属铝或铝合金，纯度至少为99. 9wt%，铜含量为0. 005wt%以下。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的活性材料选用活性炭、碳纳米管或石墨烯中的一种或一种以上以任意比例混合的组合物，其中活性碳的比表面积为800-3000m2/g，碳纳米管的比表面积为200-600m2/g，石墨烯的比表面积为 500-1500 m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的导电材料为石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均为0. 1-2 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的导电胶为石墨导电胶、铜粉导电胶或银粉导电胶。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的隔极膜为纤维素纸、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亚胺，隔极膜的孔隙率为60-95%，孔径0. 05-0. 2 μ m。
7.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于所述的有机电解液是含有离解性的盐I^1Ii2R3R4NY或R1R2R3R4NPY溶解在有机溶剂中形成的，R1 R2 R3 R4为烷基， 相同或不相同，Y为BFp PF6- ClO4-或CF3SO3-阴离子；所述的有机溶剂是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、乙腈或四氢呋喃，或其中一种以上按照任意比例混合形成的混合溶剂。
全文摘要
一种超级电容器的制备方法，属于新能源储能技术领域。将金属集电极表面粗糙化处理，将活性材料、导电材料、复合粘接剂混合均匀，压成厚度在100-150μm的极片，将极片粘接在集电极表面，形成带状电极，将其切成两张相同尺寸电极，将两张电极铆接引线后，加入10~50μm厚的隔极膜，卷绕成芯子，于100-150℃真空干燥8-72小时，然后浸渍在有机电解液中，于50℃外加2.7V直流电压通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品，其中复合粘结剂为具有(HO－Si(CH3)2O〔Si(CH3)2O〕nSi(CH3)2-OH通式的物质与聚四氟乙烯的混合物。采用本发明的复合粘结剂制作的电极柔软，机械强度大，易于规模化连续生产，工作寿命有大幅提高。
文档编号H01G9/058GK102543480SQ20111045024
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘永久, 姚健勋, 张紫方, 李文生 申请人:锦州凯美能源有限公司