[發明專利]一種鋰離子電容器電極及其制備方法

在審

• 申請號: 201511004166.1
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105489388A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 阮殿波;曾福娣;顧應展;喬志軍;張凱
• 申請（專利權）人: 寧波南車新能源科技有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/28;H01G11/86;H01G11/06
• 代理公司: 寧波市鄞州盛飛專利代理事務所(普通合伙) 33243
• 代理人: 張向飛

技術領域

本發明涉及一種電容器電極及其制備方法，特別是一種鋰離子電容器電極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電容器是一種以活性炭為正極，嵌鋰碳材料為負極的混合型電容器。日本富士重工業于2004年最早公開了鋰離子電容器的制造技術。由于負極材料要經過預先嵌鋰，需要鋰離子能在多層負極與電解液之間自由移動，因此富士重工業采用了具有貫通兩面的多孔金屬箔作為集流體。該多孔集流體上均勻分散著幾微米至幾百微米的圓形、矩形、菱形或其它任何適宜的形狀的通孔，正負極分別由活性漿料附著于該種多孔集流體上形成。目前已實現鋰離子電容器大批量生產的企業中普遍采用了該種結構。即以多孔箔為集流體分別制作電極，內置的鋰極為鋰源對負極進行預嵌鋰，單體為疊片或卷繞結構。

在鋰離子電容器的生產中，電極制造技術是決定產品性能的重要環節。由于鋰離子電容器電極所使用的集流體為多孔金屬箔，其電極涂覆技術不同于目前所常見的水平濕法涂布技術。為了克服水平濕法涂覆技術會出現的漏料問題，采用了一種垂直涂布技術，該方法是在箔材運行的同時，漿料在箔材兩面同時進行涂布。由于箔材是沿著豎直方向運行，所以集流體的通孔上不會出現漏料，而且涂布兩面時溶劑在電極側浸透等的問題也不會發生。涂布后的電極進入干燥烘箱，漿料膜上的溶劑被慢慢蒸發，可以得到粘合劑均勻分散的電極膜。

這種方法解決了目前產業化程度更高的水平涂布機所無法克服的漏料問題，但電極的制作還存在如下待解決的問題：(1)采用垂直涂布方式的漿料需要有保持一定的黏度和表面張力才能維持漿料的穩定性，因此需要在漿料里加入表面活性劑，以降低漿料的表面張力并增加其表面黏性，通過阻止流體動力學干擾以提高涂料的黏度使得漿料穩定；(2)垂直涂布的速度取決于極片干燥速度，這樣就需要垂直涂布機有很長的烘箱以充分干燥極片并提高生產速度，這對設備的精度和廠房要求都很高；(3)垂直烘箱的長度很長，當電極隨著烘箱長度拉長時，由于重力作用金屬箔很容易出現碎裂現象，電極的質量大大受限；(4)漿料填充于集流體的孔內，操作相對復雜，且不易填充均勻，電極參數不穩定。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種鋰離子電容器電極及其制備方法，電極具有質量穩定，可靠性好結構嚴密緊實不易剝落，且干法電極無溶劑殘留，無副反應發生致使產品加速老化。

本發明公開的鋰離子電容器電極，包括集流體、導電膠，鋰離子電容器電極還包括由電極材料制得的電極膜，電極膜通過導電膠貼合到集流體上。本發明方案中通過將預先得到的電極膜貼合到多孔集流體上形成電極，避免集流體多孔內填充電極材料的復雜工藝，質量穩定、可控性好，兼顧電極性能的同時，降低生產難度和生產成本，同時相較于孔內填充電極材料，干燥更為方便高效，極大地縮短了生產周期。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，電極膜為干粉形態的電極材料經過軋制得到。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，電極材料包括活性物質、導電劑以及粘結劑，活性物質為正極活性物質或者負極活性物質，正極活性物質為活性炭微粒材料、活性炭纖維、碳納米管、納米碳纖維、石墨烯中的一種或者多種，負極活性物質為石墨、硬炭、軟炭、PAS中的一種或者多種，導電劑為炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管、石墨烯中的一種或者多種，粘結劑為含氟聚合物。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，電極材料包括70～99wt％的活性物質、0～20wt％的導電劑和0～10wt％的粘結劑。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，電極膜為正極電極膜或者負極電極膜，正極電極膜的厚度為100μm～300μm，負極電極膜的厚度為20μm～80μm。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，集流體為多孔集流體。集流體可以為多孔金屬網、沖孔金屬、普通金屬編織網、金屬發泡體、或者通過蝕刻、電解蝕刻、激光蝕刻或圖形電鍍等形成貫通孔的多孔質金屬箔。本方案集流體的選材范圍廣，要求低，穩定性好，極易補充，對生產成本的控制更為高效。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，導電膠至少為石墨和樹脂的混合物。導電膠可以還包括水作為溶劑，其中固含量(石墨和樹脂含量)為10-20wt％。

本發明公開的鋰離子電容器電極的一種改進，導電膠以浸涂或者噴涂或者輥涂的方式形成于集流體上，導電膠在集流體上的厚度為1～20μm。