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一種柔性超級(jí)電容器電極及其制作方法_2

文檔序號(hào):9549236閱讀:來源:國(guó)知局
4份質(zhì)量的超級(jí)電容用活性炭YP50F,繼續(xù)以同樣的攪拌速度均勻攪拌60min后得到的含活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的漿料,再加入一份質(zhì)量的60%固含量的PTFE乳液,使活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:ptfe的固體質(zhì)量比為84%:10%:6%,再次進(jìn)行高速分散lOmin后打開攪拌機(jī)的加熱功能,使?jié){料溫度升溫至60°C,攪拌60min后待用;
將制得的漿料傾倒于平板加熱盤中,置于真空干燥箱中,緩慢抽真空至-0.1MPa并加熱至110°c,使?jié){料中的無水乙醇水溶液揮發(fā)完全,得到干燥的粉末狀材料;
將此粉末狀材料中加入1.3倍質(zhì)量的高沸點(diǎn)溶劑碳酸丙烯酯(PC),用多功能攪拌器低速60rpm的速度剪輯攪拌至混合物呈團(tuán)料狀,將此團(tuán)料用對(duì)輥機(jī)對(duì)輥并反復(fù)對(duì)折碾壓,使ptfe再次纖維化,直至物料粘接牢固表面光滑后對(duì)輥至0.42mm厚度,形成含PC的電極膜片,將此膜片平鋪于網(wǎng)狀干燥盤中,抽真空180°C使電極中的PC完全去除,將干燥后的電極膜片用對(duì)輥機(jī)進(jìn)行整平,對(duì)輥至0.4mm即得到合格的多孔柔性電極膜;
將電容用50um厚度100目的金屬鋁網(wǎng)穿過對(duì)輥機(jī)輥軸的兩輥縫隙,輥縫調(diào)節(jié)間距為
0.8mm,通過收張卷進(jìn)行張力整平后在表面浸涂一層電容用導(dǎo)電漿料Dag EB-012,將裁切好的電極膜粘附于鋁網(wǎng)兩側(cè),使兩者通過對(duì)輥機(jī)輥縫進(jìn)行復(fù)合碾壓,復(fù)合后的電極進(jìn)行加熱干燥使導(dǎo)電漿料固固化即得到合格的多孔柔性電極片。
[0010]其特征是:制備過程如下:
步驟1:制備楽料
將導(dǎo)電劑加入到低沸點(diǎn)溶劑中,在常規(guī)的行星式真空攪拌機(jī)中以500~4000rpm的高速分散攪拌5~60min后得到導(dǎo)電漿料,在此導(dǎo)電漿料中加入超級(jí)電容用活性炭繼續(xù)高速分散使?jié){料混合均勻,將漿料溫度冷卻至10~25°C范圍內(nèi)再加入PTFE乳液高速攪拌5~30min,維持?jǐn)嚢璨{料加熱至30~70°C,充分混和均勻30~300min即得到混合物漿料;
步驟2:干燥漿料
將混合后的漿料用常壓鼓風(fēng)干燥、真空干燥或離心干燥中的一種或兩種以上的方式充分干燥,干燥溫度50~120°C,得到粉狀混合物;
步驟3:制備電極膜
將干燥后的粉狀混合物加入高沸點(diǎn)溶劑中,在多功能攪拌器中低速30~120rpm分散攪拌得到泥團(tuán)狀物質(zhì),將此物質(zhì)在高沸點(diǎn)溶劑蒸汽壓飽和的氣氛中經(jīng)對(duì)輥機(jī)反復(fù)對(duì)輥碾壓,得到一定厚度的柔韌性充分的電極,將此電極薄膜常規(guī)抽真空干燥,干燥溫度100~180°C,充分干燥后用對(duì)輥機(jī)對(duì)輥至工藝厚度即得多孔柔性電極膜;
步驟4:制備柔性電極
將金屬箔或多孔金屬網(wǎng)表面利用噴涂或浸涂的方式單面或雙面均勻涂覆一層超級(jí)電容用導(dǎo)電漿料,同時(shí)將上述電極膜與之通過對(duì)輥機(jī)進(jìn)行輥壓貼合,充分干燥后即得到柔性超級(jí)電容器電極。
[0011 ] 其特征是:
步驟1中的PTFE乳液中的固含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5~70% ;
步驟1中混和活性性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的低沸點(diǎn)溶劑為無水乙醇或無水乙醇與去離子水的混合溶劑,其中混合溶劑中乙醇的含量不低于20% ;
步驟1中導(dǎo)電劑為導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、導(dǎo)電碳纖維或碳納米管等的一種或兩種以上; 步驟1中混合物漿料中的低沸點(diǎn)溶劑的含量為20%~80% ;
步驟3中分散混合物的溶劑為高沸點(diǎn)溶劑,為NMP、PC的一種或兩種;
步驟3中泥團(tuán)狀物質(zhì)中高沸點(diǎn)溶劑的體積含量比為10%~60% ;
步驟3中干燥前電極膜的厚度與干燥后對(duì)輥的最終厚度(工藝厚度)比為1.10-1.03:1,亦即干燥后的電極對(duì)輥時(shí)的壓縮比不高于10% ;
步驟3中所成的干燥后的電極膜,PTFE的含量為1%~10%,導(dǎo)電劑的含量為0.5%~20%,活性物質(zhì)含量為70%~98.5% ;
步驟4中的集流體材質(zhì)為鋁、不銹鋼、鎳等,集流體厚度為5~40um,集流體網(wǎng)孔規(guī)格10-300 目;
步驟4中的電極膜與金屬集流體的復(fù)合后的厚度變化比不高于10% (復(fù)合前電極膜+集流體的總厚度:復(fù)合后電極膜+集流體的總厚度《1.1)。
[0012]其特征是:
將一份質(zhì)量的superP導(dǎo)電劑加入到15份質(zhì)量的低沸點(diǎn)溶劑無水乙醇中,用行星式攪拌機(jī)以2000rpm的高速分散30min形成均勻的導(dǎo)電漿料后加入8.4份質(zhì)量的超級(jí)電容用活性炭YP50F,繼續(xù)以同樣的攪拌速度均勻攪拌60min后得到的含活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的漿料,再加入一份質(zhì)量的60%固含量的PTFE乳液,使活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:ptfe的固體質(zhì)量比為84%: 10%:6%,再次進(jìn)行高速分散lOmin后打開攪拌機(jī)的加熱功能,使?jié){料溫度升溫至60°C,攬摔60min后待用;
將制得的漿料傾倒于平板加熱盤中,置于真空干燥箱中,緩慢抽真空至-0.1MPa并加熱至80°C,使?jié){料中的無水乙醇揮發(fā)完全,得到干燥的粉末狀材料;
將此粉末狀材料中加入1.3倍質(zhì)量的高沸點(diǎn)溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP),用多功能攪拌器低速60rpm的速度剪輯攪拌至混合物呈團(tuán)料狀,將此團(tuán)料用對(duì)輥機(jī)對(duì)輥并反復(fù)對(duì)折碾壓,使ptfe再次纖維化,直至物料粘接牢固表面光滑后對(duì)輥至0.42mm厚度,形成含NMP的電極膜片,將此膜片平鋪于網(wǎng)狀干燥盤中,抽真空180°C使電極中的NMP完全去除,將干燥后的電極膜片用對(duì)輥機(jī)進(jìn)行整平,對(duì)輥至0.4mm即得到合格的多孔柔性電極膜;
將電容用15um厚度的金屬鋁箔穿過對(duì)輥機(jī)輥軸的兩輥縫隙,輥縫調(diào)節(jié)間距為0.41mm,通過收張卷進(jìn)行張力整平后在表面噴涂一層電容用導(dǎo)電漿料Dag EB-012,將裁切好的電極膜粘附于鋁箔上,使兩者通過對(duì)輥機(jī)輥縫進(jìn)行復(fù)合碾壓,復(fù)合后的電極進(jìn)行加熱干燥使導(dǎo)電漿料固固化即得到合格的多孔柔性電極片;
其特征是:
將一份質(zhì)量的superP導(dǎo)電劑加入到15份質(zhì)量的含50%無水乙醇的去離子水中,用行星式攪拌機(jī)以2500rpm的高速分散30min形成均勾的導(dǎo)電楽料后加入8.4份質(zhì)量的超級(jí)電容用活性炭YP50F,繼續(xù)以同樣的攪拌速度均勻攪拌60min后得到的含活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑的漿料,再加入一份質(zhì)量的60%固含量的PTFE乳液,使活性物質(zhì):導(dǎo)電劑:ptfe的固體質(zhì)量比為84%:10%:6%,再次進(jìn)行高速分散lOmin后打開攪拌機(jī)的加熱功能,使?jié){料溫度升溫至60°C,攪拌60min后待用;
將制得的漿料傾倒于平板加熱盤中,置于真空干燥箱中,緩慢抽真空至-0.1MPa并加熱至110°C,使?jié){料中的無水乙醇水溶液揮發(fā)完全,得到干燥的粉末狀材料;
將此粉末狀材料中加入1.3倍質(zhì)量的高沸點(diǎn)溶劑碳酸丙烯酯(PC),用多功能攪拌器低速60rpm的速度剪輯攪拌至混合物呈團(tuán)料狀,將此團(tuán)料用對(duì)輥機(jī)對(duì)輥并反復(fù)對(duì)折碾壓,使ptfe再次纖維化,直至物料粘接牢固表面光滑后對(duì)輥至0.42mm厚度,形成含PC的電極膜片,將此膜片平鋪于網(wǎng)狀干燥盤中,抽真空180°C使電極中的PC完全去除,將干燥后的電極膜片用對(duì)輥機(jī)進(jìn)行整平,對(duì)輥至0.4mm即得到合格的多孔柔性電極膜
將電容用50um厚度100目的金屬鋁網(wǎng)穿過對(duì)輥機(jī)輥軸的兩輥縫隙,輥縫調(diào)節(jié)間距為
0.8mm,通過收張卷進(jìn)行張力整平后在表面浸涂一層電容用導(dǎo)電漿料Dag EB-012,將裁切好的電極膜粘附于鋁網(wǎng)兩側(cè),使兩者通過對(duì)輥機(jī)輥縫進(jìn)行復(fù)合碾壓,復(fù)合后的電極進(jìn)行加熱干燥使導(dǎo)電漿料固固化即得到合格的多孔柔性電極片。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明結(jié)合鋰離子電池特別是扣式電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn),針對(duì)負(fù)極結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),對(duì)電極的關(guān)鍵制約因素對(duì)癥下藥,有效提升了其電化學(xué)性能;
首先,采用低沸點(diǎn)溶劑對(duì)電極活性物質(zhì)進(jìn)行有效的分散,利用PTFE易于纖維化的特點(diǎn),使活性物質(zhì)表面完全覆蓋纖維化PTFE,不同于粘接劑的粘接作用,PTFE利用纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行原材料的粘接,因此成型后的電極具有非常好的柔韌性和外形恢復(fù)能力。低沸點(diǎn)溶劑利于揮發(fā)和回收,可使活性物質(zhì)在分散均勻的同時(shí)表面完美覆蓋纖維化的PTFE ;
其次,利用高沸點(diǎn)溶劑不易揮發(fā)的特點(diǎn),將此溶劑與纖維化的原材料進(jìn)行混合,可使活性物質(zhì)顆粒之間均勻的包裹溶劑液滴,在對(duì)輥時(shí)ptfe再次纖維化并粘接牢固,微小液滴保持了內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)的蓬松穩(wěn)定,從而在干燥后在電極物質(zhì)之間形成相互貫通的微小空隙,保證了成品電極的孔隙率;
再次,此柔性電極膜通過導(dǎo)電膠與金屬集流體進(jìn)行固定,可以很方便的進(jìn)行極耳的引出和成品電極的卷繞,為電極的實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。
[0014]最后此方法采用液體造孔的機(jī)理,可已通過調(diào)節(jié)高沸點(diǎn)溶劑的含量來控制電極孔隙率,使電極中存在我們需要的微孔、介孔以及中孔和大孔等,有效的保證了電解液的浸潤(rùn),為離子的傳輸提供了豐富而快速的通道,對(duì)于傳質(zhì)過程成為瓶頸的較厚的電極而言,上述措施有效降低了電極的極化程度和阻抗。
[0015]說明書附圖
圖1為本發(fā)明中實(shí)施案例一的極片通過卷繞制得Φ8*13的電容,與常規(guī)電容對(duì)比的容量測(cè)試結(jié)果;
圖2為本發(fā)明中實(shí)施案例一中極片的電容的自放電水平比較示意圖。
[0016]【具體實(shí)施方式】:
實(shí)施案例一
將一份質(zhì)量的superP導(dǎo)電劑加入到15份質(zhì)量的低沸點(diǎn)溶劑無水乙醇中,用
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