[發明專利]一種多層電極及其制備的超級電容器

有效

• 申請號: 201710807389.4
• 申請日: 2017-09-08
• 公開（公告）號: CN107633953B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 盧海;李祥元;杜慧玲;王金磊;劉霄
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/28;H01G11/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種多層電極及其制備的超級電容器，由多層結構層疊而成，多層結構包括集流體層和活性層，以及導電層和增塑層中的至少一種，導電層位于集流體層和活性層之間，增塑層位于活性層的表面，在所述導電層、活性層和增塑層中均分布有活性物質，通過本發明，能夠改善電極各層之間的過渡，提高電極結構的穩定性，增加電極上活性物質的裝載率，促進電荷在整個電極結構中的快速傳遞。因此利用該電極制作的超級電容器具有高的儲能密度、良好的功率特性和優異的循環壽命。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，具體涉及一種多層電極及其制備的超級電容器。

背景技術

超級電容器是一種性能介于傳統電容器和二次電池之間的新型儲能元件，具有容量大、充放電時間短、循環壽命長、比功率高、使用溫度范圍寬、對環境友好等特點，因此應用前景非常廣闊。超級電容器的結構通常包含電極、隔膜、電解質、引線、封裝材料等部分，其中電極作為超級電容器最重要的一項組成，對其性能具有直接的影響。

傳統超級電容器的電極制作比較簡單，將活性材料與導電劑、粘結劑混合調漿后涂覆于集流體上即可。為了改善活性物質與集流體之間的接觸，降低接觸電阻，現有一種是在普通鋁箔為集流體的基礎上，設計了一種采用聚丙烯酸鹽與導電碳組成的導電層為涂布底層，活性炭、導電碳、粘結劑組成的活性物質層為上層的超級電容器極片。還有一種是在鋁箔基片表面上采用無氣噴涂工藝或刮涂工藝制備導電層，進而通過涂覆工藝及膜片軋制工藝在導電層表面制備活性炭層，該三層結構電極具有活性炭材料層不易脫落、儲能密度大和性能穩定等特點。此外還設計了一種包含集流體、導電層、活性物質層及增塑層的四層電極結構，通過集流體與活性物質之間的導電層可以提高活性物質的黏合度、保證高導電性，同時在活性物質層上壓覆的增塑層可進一步提高極片的柔韌性，防止活性物質脫落。然而，上述這些多層電極結構的設計未考慮到層與層之間的過渡與相容性，影響電極結構的穩定；同時，導電層與增塑層均屬于非活性組分，對于電極容量沒有直接貢獻，因此它們的存在反而影響了超級電容器的質量比能量與體積比能量。這些因素導致了超級電容器儲能密度偏低、使用壽命不夠長、漏電流偏大等問題，使得其市場化應用受到阻礙。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種多層電極及其制備的超級電容器，使其結構設計更為合理，提高超級電容器的儲能與功率密度，延長其使用壽命。

本發明采用以下技術方案：

一種多層電極，由多層結構層疊構成，多層結構包括集流體層和活性層，以及導電層和增塑層中的至少一種，導電層位于集流體層和活性層之間，增塑層位于活性層的表面，在導電層、活性層和增塑層中均分布有活性物質，將活性物質協調分布于整個電極體系中形成自然過渡，可有效增強電極結構穩定性，提高活性物質的裝載率。

利用導電層和增塑層中的至少一種來表示多層電極的構成，存在以下三種情況：

1)集流體層+導電層+活性層；

2)集流體層+活性層+增塑層；

3)集流體層+導電層+活性層+增塑層。

進一步的，所述活性物質至少包括多孔碳、金屬氧化物和導電聚合物中的任一種，以及三者任意組合得到的復合材料，將不同活性物質材料結合使用，可以發揮各自的特性優勢而相互彌補劣勢，從而優化電極材料的容量、循環與功率等指標。

進一步的，所述導電層包括導電劑、粘結劑及其他添加劑，所述導電層中的其他添加劑包括分散劑、增稠劑或活性助劑中的任一種；所述導電層中的活性物質與導電層中導電劑、粘結劑及其他添加劑的質量比為0.5～4：3～7：1～5：0～2；

所述活性層包括導電劑、粘結劑及其他添加劑，所述活性層中的其他添加劑包括分散劑、增塑劑、增稠劑或增韌劑中的任一種；所述活性層中的活性物質與活性層中導電劑、粘結劑及其他添加劑的質量比為7～9：0.2～2：0.2～2：0～1；