[發明專利]一種雙電層電容器用活性炭電極的制備方法

無效

• 申請號: 200910197022.0
• 申請日: 2009-10-13
• 公開（公告）號: CN102044345A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 楊晨;章慶林;顧梅嶸
• 申請（專利權）人: 上海空間電源研究所
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

技術領域

本發明涉及化學電源產品，特別涉及一種雙電層電容器用活性炭電極的制備方法。

背景技術

雙電層電容器是電化學電容器(又稱超級電容器)中的一種。雙電層電容器通過在高比表面積碳電極的表面發生快速、可逆的電荷吸附/脫附過程進行能量的儲存和釋放，其能量密度是傳統的靜電電容器的10～100倍，功率密度是電池的10～100倍。雙電層電容器以其特有的性能優勢，特別適用于短時間高功率輸出場合，在機車啟動、UPS、能量回收、激光武器、電磁炮等領域將得到廣泛的應用。

雙電層電容器的電極有碳纖維電極、活性炭電極、碳氣凝膠電極等。目前電極的制備方法為：在成型的電極材料表面噴射導電金屬(如：鋁、鎳、金、銀等)。但是采用該法的電極多存在性能不太穩定、循環壽命不長等缺點。

發明內容

本發明旨在提供一種雙電層電容器用活性炭電極的制備方法。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種雙電層電容器用活性炭電極的制備方法，其特征在于：該活性炭電極由活性炭、導電劑、粘結劑、溶劑和金屬基體構成；其制備步驟為：(1)將粘結劑置于溶劑中，充分攪拌直至溶解均勻；(2)將活性炭和導電劑粉末混好后，倒入粘結劑溶液中，充分攪拌直到形成均勻的活性炭漿料；(3)將活性炭漿料均勻的涂布在金屬基體上，待干燥后，壓制形成活性炭電極。

所述的活性炭材料的比表面積為300～3000m²/g，粒度為5～50μm，振實密度為0.3～1.0g/cm³，導電劑為石墨、碳黑、碳纖維、碳納米管等其中的一種或幾種。粘結劑為聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羧基丁苯膠(SBR)等其中的一種或幾種。溶劑為N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、水等其中的一種或幾種。

所述的涂布方法為噴涂法或輥涂法。

采用本發明所述方法制備的活性炭電極具有可干燥性好、內阻小、性能穩定、循環壽命長等特點。

附圖說明

圖1為本發明的活性炭電極的結構示意圖。

圖2為采用本發明的活性炭電極制作的雙電層電容器內部結構示意圖。

圖3為采用本發明的活性炭電極制作的雙電層電容器的恒流充放電曲線。

圖4為采用本發明的活性炭電極制作的雙電層電容器的循環壽命曲線。

具體實施方式

本例的雙電層電容器用活性炭電極由活性炭材料、導電劑、粘結劑、溶劑和金屬基體構成。其采用的活性炭材料比表面積為300～3000m²/g，粒度為5～50μm，振實密度為0.3～1.0g/cm³，導電劑為石墨、碳黑、碳纖維、碳納米管等其中的一種或幾種。粘結劑為聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)、羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羧基丁苯膠(SBR)等其中的一種或幾種。溶劑為N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙醇、異丙醇、丙酮、四氫呋喃、水等其中的一種或幾種。

本例的雙電層電容器用活性炭電極的制備方法，其步驟為：(1)將粘結劑置于溶劑中，充分攪拌直至溶解均勻；(2)將活性炭和導電劑粉末混好后，倒入粘結劑溶液中，充分攪拌直到形成均勻的活性炭漿料2；(3)將活性炭漿料均勻的涂布在金屬基體1上，待干燥后，壓制形成活性炭電極。采用的涂布方法為噴涂法或輥涂法。

采用上述方法制備的電極即為本例的雙電層電容器用活性炭電極。其結構示意圖如圖1所示。

采用本例的活性炭電極制成雙電層電容器。具體方法為：將制成的活性炭電極沖裁成所需的尺寸，作為正負極片，采用NKK的TF系列隔膜3，采用1.0～1.5mol/L的Et₄NBF₄/AN溶液作為電解液，在干燥房或手套箱中組裝成雙電層電容器。其內部結構示意圖如圖2所示。

測試結果顯示，采用該方法制備的活性炭電極具有可干燥性好、內阻小、性能穩定、循環壽命長等特點。

圖3的測試結果表明，采用該活性炭電極組裝的雙電層電容器，在2.5A下的充放電曲線幾乎為一條直線，其容量達到300F左右。

圖4的測試結果表明，經過50000周次的循環，雙電層電容器的容量保持在初始容量的90％以上。