[發明專利]一種電極材料及電極極片和超級電容器的制備方法

有效

• 申請號: 201610592100.7
• 申請日: 2016-07-26
• 公開（公告）號: CN106024411B
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 李文生;常亮;劉永久;張紫方
• 申請（專利權）人: 錦州凱美能源有限公司
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 劉曉嵐

技術領域

本發明涉及一種電極材料及電極極片和超級電容器的制備方法，屬于材料科學領域，尤其是電化學技術領域。

背景技術

超級電容器(雙電層電容器)是近年來發展起來的一種高能量電能存儲元件，具有高功率密度、高循環壽命、可快速沖放電和對環境無污染等優點，被廣泛應用于電機調節器、傳感器、微機存儲器的后備電源、機動車輛的啟動裝置、風力發電和太陽能發電系統等潔凈能源系統，因而受到關注。

超級電容器作為一種性能優異的能源儲存裝置，目前已成為材料、電力、電子、物理、化學等多學科交叉領域研究的熱點之一。主要研究目標是制備高能量密度和高功率密度的致密能源所需的低成本電極材料，和工作電壓高、電化學性能穩定、導電率高和使用壽命長的電解質體系材料，并在此基礎上制備高功率密度、高能量密度和性能穩定的可用于各種電子設備的后備電源和電動汽車混合動力系統等方面的超級電容器儲能器件。

通常超級電容器用電極，是將含有作為活性物質的碳材料與粘結劑以及根據需要添加的導電劑等組合物，與作為集流體的金屬箔或金屬網狀物等加以層壓成型，從而制成超級電容器電極。

作為超級電容器電極的電極材料及制備方法，在專利(JP2-235320，JP9-306789)中介紹了將含碳材料與聚四氟乙烯(PTFE)等含氟聚合物構成的粘結劑進行混煉或與液態潤滑劑一起作為電極形成用組合物，進行加壓成型制備電極的方法。然而，在使用PTFE作為粘結劑時，與活性炭進行混煉時必須將PTFE做成纖維狀，同時由于纖維化部分與未纖維化部分在電極成型為薄膜時其表面容易產生凸凹，電極強度不足，所制得的超級電容器性能很難保持均一性。

作為采用PTFE以外的粘結劑，在專利(JP4-22062)中介紹了將塑料粉與活性炭混合，在塑料粉的軟化點附近溫度下成型，形成電極層的方法。采用該方法得到的電極柔韌性差，在卷繞時電極層容易產生裂紋或從集流體上脫落，從而嚴重影響超級電容器的性能。

另外，在專利(JP8-250380)中提出將苯乙烯-丁二烯橡膠或丙烯腈-丁二烯橡膠的二甲苯溶液與活性炭混合，干燥后得到的混合物進行加壓成型制備超級電容器電極層的方法，該方法工序煩雜，所得到的超級電容器的性能，尤其是高溫性能較差。

采用塑料粉作為粘結劑或苯乙烯-丁二烯橡膠以及丙烯腈-丁二烯橡膠的二甲苯溶液作為粘結劑時，由于粘結劑直接覆蓋電極活性物質表面，致使其有效面積降低，因而致使超級電容器的容量下降。另外，PTFE的過量使用及分散不均，將導致電極活性物質含量下降及使其強度不足，影響超級電容器的性能。

在專利(CN101151692)中公開了一種將從富勒烯煤中得到的提取物經高溫處理得到新的含碳材料，同活性炭混合或單獨使用，可以保持活性炭的靜電容量的同時，還可以降低超級電容器的內阻。但該種碳材料來源難以保證，且質量難以控制，因此難以在超級電容器的實際生產中應用。

發明內容

鑒于上述現有技術中，超級電容器電極制備存在的問題，本發明的目的在于提供一種電極材料及電極極片和超級電容器的制備方法，該方法制備工序簡單，生產效率良好，制備的超級電容器內阻低、靜電容量高。

本發明的一種電極材料，所述電極材料由含碳活性物質、含氟表面活性劑、粘結劑、導電劑和溶劑制備而成；其中，按質量比，含氟表面活性劑：含碳活性物質＝0.01～10％；粘結劑：含碳活性物質＝0.01～20％；導電劑：含碳活性物質＝0.01～15％；溶劑：含碳活性物質＝60～80％；

所述的含碳活性物質為高比面積活性炭，活性炭納米管，碳纖維或石墨烯中的一種；

所述的含氟表面活性劑為含氟磺酰胺類化合物A和/或含氟磺酰胺類化合物B中的一種或幾種的混合物；

含氟磺酰胺類化合物A為含有烷基(n＝0)或聚氧乙烯醚(n≥1)結構特征的化合物，其結構通式為A1或A2，其中：n≥0；R_F為具有碳鏈長度≥4的全氟烷基；R為烷基、烯基、烷氧基或氰基中的一種；

含氟磺酰胺類化合物B為含有季銨鹽結構特征的化合物，其結構通式為B1或B2，其中：R_E為具有碳鏈長度≥4的全氟烷基；R¹為烷基、烯基、烷氧基、氰基或羧甲基中的一種，R²為烷基、烯基、烷氧基、氰基或羧甲基中的一種，R³為烷基、烯基、烷氧基、氰基或羧甲基中的一種，R⁴為烷基、烯基、烷氧基、氰基或羧甲基中的一種，X^-是鹵素負離子或酸根中的一種；