[發明專利]電極片及其制備方法、超級電容器及其制備方法

在審

• 申請號: 201410370783.2
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104112605A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 陳宇澄;袁美蓉;徐永進;韋達鴻
• 申請（專利權）人: 萬裕三信電子（東莞）有限公司;深圳清華大學研究院
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/84;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/32
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 生啟

技術領域

本發明涉及儲能器件領域，特別是涉及一種電極片及其制備方法、采用該電極片的超級電容器及其制備方法。

背景技術

超級電容器是近些年來發展起來的介于傳統靜電電容器和化學電源之間的、基于電極/溶液界面電化學過程的特中儲能元件。其應用領域涵蓋小到智能儀表、電動工具、相機閃光燈、路燈等，大到風力發電站、電動汽車、電力機車、電脈沖技術設備、高壓開關的分合閘操作電源等等，而且其應用領域還在繼續擴展，具有不可估量的市場容量。

超級電容器由正極、負極、電解液、隔膜、集流體和封裝外殼組成，其中的電極片是重要組成部件。超級電容器電極片的制造工藝有兩種，一種是涂布式，另一種是膜片式。正/負電極由正/負電極活性材料和正/負電極集流體組成，正/負電極活性材料包括通過將非多孔碳材料和多孔碳材料混合而獲得的材料。集流體一般選用耐化學和電化學腐蝕的高純鋁箔、不銹鋼網、腐蝕鋁箔和鎳等材料。

涂布式的具體方法：將電極材料制成漿料，涂布在高純鋁箔或者腐蝕鋁箔等集流體上，烘干制成電極片。但由于這種方法的極片與集流體間粘結強度小，在后續的輥壓、卷繞等工藝過程中，電極活性材料層出現掉粉的現象，將電極進一步加工制成超級電容器后，產品在大電流高頻率充放電過程中，涂層會與集流體逐漸分離剝落，使超級電容器產品內阻逐漸增加，性能下降。為此，通常在活性物質層中加入較多的粘結劑以提高涂層與集流體的結合力。但是，隨著粘結劑用量的增加，超級電容器的能量密度減小。

膜片式的具體方法：將電極材料混合粉末經過輥壓，由半固態成型為固態，以形成膜片。使用時將膜片壓到金屬網上或者用導電膠粘到金屬箔上，制成極片。目前粘結劑主要采用聚四氟乙烯(PTFE)，PTFE具有高膨脹系數，在高分子電解液中會出現溶脹現象，從而引起電極材料與集流體之間的密接性下降的問題。在高低溫充放電過程中，發生電極材料從集流體表面剝離的情況，導致超級電容器的性能穩定性下降、內阻增大、漏電流變大等問題。

于2013年11月27日申請公開的中國專利CN103413693A公開了一種本發明公開了一種超級電容器的制造方法，其中，為了提高腐蝕鋁箔與電極漿料之間的粘結力，采用先在腐蝕鋁箔上涂覆一層導電性粘結劑，再在導電性粘結劑上涂覆電極漿料的方法，使得電極漿料能夠穩定的黏貼在腐蝕鋁箔上，從而制得的電極可以承受150t至200t的壓力的壓制而不會產生電極漿料層脫落、變形的問題，電極漿料層密度可達到0.65至0.70之間。該發明中，導電粘結劑層的制備：將石墨烯、導電炭黑、羧甲基纖維素和水混合均勻，涂覆在鋁箔上，高溫烘干形成1μm至10μm的導電粘結劑層。但是，并未提及高溫干燥的溫度和時間、石墨烯的成本較高。這種方法雖可達到將導電粘結劑層附著于鋁箔等集流體表面的效果，但是其附著的方法是將導電漿料涂布在鋁箔表面，烘干形成導電粘結劑層，僅以粘結劑或溶劑粘結的方式，不僅使構成導電粘結劑層的石墨烯、導電炭黑等物質本身易脫落，從而與第二層電極材料層的結合力不牢固，易發生電極材料層從導電粘結劑層表面脫落，影響超級電容器的性能。

于2014年04月09日授權公開的中國專利CN102543481B公開了一種超級電容器的制作方法，其中，為了解決集流體與電極片間粘結強度小及電極片內部粘結強度小等問題，通過將金屬集流體表面粗糙化處理，將活性材料、導電材料、復合粘結劑混合均勻，壓成厚度在30～100μm的極片，將極片粘結在已涂覆一層導電膠的集流體表面，形成帶狀電極。其中，作為集流體的原料是純度至少為99.9wt％，銅含量在0.005wt％以下的金屬鋁或鋁合金。該工藝過程中，在活性物質層和集流體之間引入的一層導電膠層并未提及具體物質和處理工藝。通常，采用的是類似EB-012的產品，主要由石墨、碳粉、水性樹脂和溶劑等組成，其電導率偏低、粘接的力學性能較差。由于復合粘結劑容易固化，這種電極片仍然存在涂層與集流體之間附著力不強的問題。

發明內容

基于此，有必要提供一種附著力較強的電極片及其制備方法。

此外，還有必要提供一種使用該電極片的超級電容器及其制備方法。

一種電極片的制備方法，包括如下步驟：

在光箔的一個表面涂覆導電漿料，干燥后形成導電漿料層，接著輥壓壓接形成導電涂層，其中，所述導電漿料為金屬粉末、碳材料粉末、分散劑、粘結樹脂和第一溶劑混合形成，所述導電漿料的固含量為10％～30％；

在還原性氣體氛圍或保護氣體氛圍下，對形成有導電涂層的所述光箔進行高溫碳化處理，所述導電涂層碳化形成覆碳導電層；以及