[發明專利]N-乙基吡咯烷酮在雙電層電容器的電極制備中的應用

無效

• 申請號: 201080057567.2
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN102754173A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: P·皮爾格拉姆;A·莫德林格
• 申請（專利權）人: 贏創利塔里安有限責任公司
• 主分類號: H01G9/155
• 分類號: H01G9/155;H01G9/058
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 于輝

技術領域

本發明涉及一種在雙電層電容器的電極制備中用于涂覆含鋁的載體的方法，包括如下步驟：提供含有至少一種溶劑和/或分散介質以及至少一種高分子粘合劑的組合物，并且使用該組合物涂覆所述的載體。

背景技術

雙電層電容(或者電化學雙電層電容器-EDLCs，超級電容器或者超級電容)是電化學能量存儲器。它們包括兩個相同的電極，均由電解液潤濕。當在電極上施加電壓時，具有相應極性的帶電粒子(例如電子或者離子)在電極處聚集。為了將電極互相靠近來節省空間，可使用離子傳導的隔離物將電極互相分離，以避免短路。

雙電層電容器與同樣屬于電化學能量存儲器一類的蓄電池(二次電池)不同，其中帶電的粒子僅僅在電極處聚集。在蓄電池中，離子被吸收到電極中。而且，蓄電池具有由不同的材料制備成的兩個電極。

在雙電層電容器的電極制備中，根據現有技術，在濕化學方法中，含有活性材料、導電添加劑和粘合劑的涂覆組合物或者分散液(也叫做電極漿料)被涂覆到導電金屬箔上。這些分散液是使用基于水性的或者有機溶劑的系統制備的。在基于水的系統的情況下，粘合劑以斑點粘合物的形式分散在粒子之間。

在基于有機溶劑的系統中，表現是不同的，其中粘合劑完全溶解在溶劑中，并且粘合劑包裹著粒子。為了涂覆操作，必須保證粘合劑在總的分散液內的完全溶解。已經發現了用于電極制備的特別合適的有機溶劑，即N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

典型地，通過測量分散液或者溶液的粘度來檢查涂覆組合物的質量。應當注意，如涂覆組合物在制備后沒有直接使用，涂覆組合物的粘度經過幾個小時后可能改變。NMP的另外一個問題是被歸類為有毒物(致畸)。為了工作時健康和安全的原因，以及為了環境的原因，因此需要代替該種NMP。另外的需要是提供用于制備這種分散液的基于溶劑的系統，其與使用NMP的情況相比，需要較少的溶劑或者分散劑。

在現有技術中，在蓄電池領域，眾所周知，首先的嘗試是使用較不令人討厭的NEP(N-乙基吡咯烷酮)代替NMP：

因此US?2009/0123841A1公開了活性材料分散液，其可以使用噴墨技術應用于鋰離子蓄電池的電極金屬薄片上，所述分散液包括溶解在NEP中的PVDF粘合劑。為了使適合于噴墨印刷，該分散液，具有相對低的6到10mPas的粘度。

EP?1978056A1描述了用于蓄電池的活性材料的含有NEP的粘合劑。報道粘度在1到10000mPas的范圍內。

發明內容

根據現有技術，本發明基于的目標是詳細說明用于制備在開始時說明的通用類型的雙電層電容器的電極的方法，其分散介質或者溶劑足夠安全和環保，而且，展現出好的存儲穩定性，或者與NMP相比存儲穩定性得到提高。而且，雙電層電容器的活性材料和添加劑能夠以較小量的分散介質或者溶劑而得以應用，因此允許電極漿液中具有較高的固態含量。

在使用N-乙基吡咯烷酮(NEP)作為溶劑和/或分散介質時實現了該目標。

因此本發明提供一種在雙電層電容器的電極制備過程中，用于涂覆含鋁的載體的方法，包括如下步驟：

a)提供含有至少一種溶劑和/或分散介質以及另外至少一種高分子粘合劑的組合物，

b)使用該組合物涂覆載體，

其中

所述溶劑和/或分散介質是N-乙基吡咯烷酮，或含有N-乙基吡咯烷酮。

令人驚奇的發現是，與分散在NMP中的活性材料相比，分散在NEP中的雙電層電容器的活性材料展現出明顯優異的加工特性：盡管具有高的固態含量，卻能具有低的剪切速率，因此該電極漿液易于處理。特別令人驚奇的是，原則上，與蓄電池的活性材料通常具有的比表面積相比，雙電層電容器目前的活性材料(特別是活性碳)必須具有大得多的比表面積。那么，活性材料的高比表面積明顯地增加了電極漿液的粘度。

在其盡可能寬的應用中，根據本發明的涂覆方法提供用至少含有N-乙基吡咯烷酮和高分子粘合劑的組合物涂覆的載體。典型地，所述的涂覆組合物包含，除了作為溶劑和/或分散介質的N-乙基吡咯烷酮和高分子粘合劑之外，還含有至少一種叫做活性材料和導電添加劑的成分。隨后將這樣的用涂覆組合物涂覆的載體用于進一步地制備電極，電極又接著用于制備雙電層電容器。電極的制備典型地還包括干燥經涂覆的載體的步驟。更具體地，所述的溶劑和/或分散介質被移除，在載體上形成固態的、導電的層，該層在完成電能儲存后是“活性的”。憑借其所含的鋁，載體本身也是導電的。更多細節的內容將在下文中結合使用的各個成分以及本發明的不同方面來說明。