[發明專利]可降低超級電容器電極內阻的電極涂覆粘合膠及用于制備電極片

無效

• 申請號: 201310071518.X
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103194156A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 韓煒;伊佐托夫·弗拉基米爾;紀媛
• 申請（專利權）人: 長春吉大科諾科技有限責任公司
• 主分類號: C09J127/16
• 分類號: C09J127/16;C09J9/02;H01G11/86
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

技術領域

本發明屬于電化學儲能技術領域，具體涉及一種可降低超級電容器電極內阻的電極涂覆粘合膠及在制備超級電容器電極片方面的應用。

背景技術

超級電容器又稱黃金電容器，是一種新型儲能元件，具有充電時間短、使用壽命長、溫度特性好、節約能源和綠色環保等特點。就目前的技術水平而言，超級電容器產品已經處于商業化生產和應用階段，且隨著新型材料和先進生產工藝的研發，產品性能飛速提升，世界各國均積極開展超級電容器的技術和應用的研究開發工作。

在我國推廣使用超級電容器，能夠減少石油消耗，減輕對石油進口的依賴，有利于國家石油安全；能夠有效地解決城市尾氣污染和鉛酸電池污染問題，有利于解決戰車的低溫啟動問題。目前，國內主要有10余家企業在進行超級電容器的研發。超級電容器根據其儲能原理分為雙電層電容器和贗電容電容器。雙電層電容器電極材料一般是碳或石墨烯，在充電過程中，帶電粒子因為電場的作用，在正負極附近富集，形成兩個帶電荷的層。贗電容電容器電極材料一般是過渡金屬氧化物，充電過程中電極材料會和電解液發生高度可逆的氧化還原反應，生成不穩定的產物，從而儲存能量。本專利主要是寫活性炭作為電極活性物質的超級電容器，這類超級電容器又可以成為雙電層電容器。

目前國內應用最廣泛的是活性炭粉末作為電極材料的以雙電層結構為工作原理的超級電容器。超級電容器因其生產工序簡單、成本低、循環性能好，目前被廣泛應用于電動汽車、混合動力汽車、風力發電等新能源領域，其功率密度高，循環壽命長的特點，使得它在某些方面的表現優于鋰離子電池。

超級電容器的研究開發目前主要集中在新型電極材料、新型電解液材料、新型封裝方法和先進的生產工藝等方面，旨在提高超級電容器的比電容，降低內阻，從而提高能量密度和功率密度，延長循環充放電次數。因為超級電容器相比于其他儲能元件的突出優勢，降低內阻并延長循環充放電次數是其關鍵所在。

超級電容器的電極在制備過程中需要將活性炭材料涂覆在集流體（鋁箔）表面。實際生產過程中通常使用一層粘合膠（多為PVDF）將鋁箔和活性炭材料粘合在一起。這層粘合膠需滿足以下要求：

a.較好的熱學穩定性和化學穩定性。在工作過程中超級電容器局部可能達到50℃甚至80℃，粘合膠必須滿足該工作條件并且不會在這一溫度范圍內與電極、電解液發生化學反應；

b.較好的粘合性和機械性能；

c.盡可能高的導電性，以降低因為粘合膠所帶來的內阻。

通常使用的聚偏氟乙烯PVDF，可以很好的實現上述要求中的前兩項，但作為絕緣材料，PVDF導電性能差。因此為了減少內阻，常使用厚度極薄的粘合膠（1～20μm），以犧牲電極的機械性能為代價一定程度的降低內阻。

發明內容

本發明的目的是提供一種乙炔黑（純度>99%）和PVDF混合的電極涂覆粘合膠，較好地解決了超級電容器電極在涂覆過程中因為PVDF導電性能差而導致的內阻高的問題，使電極粘合效果更優秀，同時由于膠層的保護作用，防止電解液中的物質和鋁箔集流體發生氧化還原反應生成氧化鋁。

本發明所述的電極涂覆粘合膠，由質量比為1：0.8～1.2的聚偏氟乙烯PVDF（顆粒狀）和電鍍級乙炔黑（純度>99%）組成。該電極涂覆粘合膠可用于制備超級電容器電極片，從而有效地降低超級電容器的電極內阻。

一種應用本發明所述的電極涂覆粘合膠制備超級電容器電極片的方法，其步驟如下：

1)按質量比9：1：0.8～1.2的比例稱取吡咯烷酮、PVDF（顆粒狀）和電鍍級乙炔黑（純度>99%）；

2)將PVDF放入吡咯烷酮中，攪拌至體系黏稠透明；

3)再將乙炔黑倒入步驟2）的體系中，攪拌2～5分鐘，之后放入超聲攪拌機中（頻率50～100kHZ，功率200～500W，300～500轉/分鐘），攪拌2～5小時，得到膠體混合物；

4)取厚20～50μm鋁箔，表面用酒精清潔并干燥后將步驟3）所得膠體混合物均勻涂抹在鋁箔表面，在鋁箔的兩個表面分別得到厚度為4～6μm的均勻膠層；

5)將壓制成片的碳電極平整地放置在均勻膠層的表面，靜置10～20分鐘；然后在保證碳電極和鋁箔不分開的均勻壓力下將碳電極和鋁箔一同放入烘箱內于150～180℃下干燥2～5小時；

6)取出碳電極和鋁箔，在乙腈中浸泡10～30分鐘后檢驗電極表面是否平整，沒有明顯凸起的則為合格電極，表明粘合成功；