[發明專利]一種活性炭電極及其制備和應用

有效

• 申請號: 201711214158.9
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841799B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 閻景旺;張華民;席耀寧;李先鋒;孫海濤;霍玉龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所;風帆有限責任公司
• 主分類號: H01M4/14
• 分類號: H01M4/14;H01M4/20;H01M4/66;H01M4/82;H01M10/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種活性炭電極，其特征在于：采用碳氈作3D集流體，碳氈孔隙內填充電極材料；碳氈的厚度為0.1~30 mm；碳氈的孔隙率為50-99%；構成碳氈的纖維直徑為0.01-0.5 mm；

所述電極材料由電容活性炭、導電劑和粘接劑構成；電容活性炭：導電劑：粘接劑的質量比為（70~95）：（5~20）：（1~10），電容活性炭在電極上的面密度為0.1~5 g/cm²；

具體制備過程如下：

1）碳氈的預處理：將碳氈置于濃硫酸和濃硝酸構成的混酸中，加熱至50-90^oC，超聲0.1-60 min，過濾分離后，用去離子水清洗至中性，干燥除去其中的水分；構成混酸的濃硫酸和濃硝酸的濃度分別為95-98 wt%和65-68 wt%，濃硫酸和濃硝酸的質量比為1:9~9:1；

2）粘接劑的配制：對于水系粘接劑，按比例稱取SBR和CMC，然后將SBR加入到去離子水中，攪拌均勻后，再加入CMC，邊加熱邊攪拌4-10 h至CMC完全溶解，形成膠狀粘接劑；

或，對有機系粘接劑，首先按比例稱取PVDF、CMC以及NMP、DMF，將NMP和DMF混合均勻，然后加入PVDF和CMC，充分攪拌至其完全溶解，形成膠狀粘接劑；

3）電極漿料的制備：按質量比要求稱取電容活性炭、導電劑和水系或有機系粘接劑，將三者混合，攪拌均勻，得到粘稠的電極漿料；

4）電極漿料的引入：首先將步驟1）所得到的碳氈置于鋪有濾紙或濾膜的真空振動臺上，然后將電極漿料均勻傾倒于碳氈上，開動振動臺，使碳氈中的氣體排出，電極漿料滲入到碳氈中，振動時間為10 s~10 min，然后開啟真空抽氣系統，抽氣時間為10 s~30 min，將所有電極漿料抽入碳氈中，得到電極；

5）電極干燥：將得到的電極連同濾紙或濾膜進行干燥，除去其中水分；干燥溫度為40-150^oC；

6）電極壓制：將濾紙或濾膜去除，在一定壓力下對電極進行壓制成片，壓制所用的壓力范圍為0.1-100 atm。

2.根據權利要求1所述的活性炭電極，其特征在于：

碳氈的厚度為1~15 mm；碳氈的孔隙率為80-99%；構成碳氈的纖維直徑為0.05-0.2 mm；

電容活性炭在電極上的面密度為0.2~2.5 g/cm²。

3.根據權利要求1所述的活性炭電極，其特征在于：

其中導電劑為導電炭黑、乙炔黑、超細石墨粉和鈦黑中的一種或兩種以上；

粘接劑為水系粘接劑或有機系粘接劑；

水系粘接劑為丁苯橡膠（SBR）、羧甲基纖維素（CMC）與水構成的混合分散物；混合物中SBR和CMC的質量含量為1-60 wt%，其中SBR：CMC質量比為（10~95）：（95~5）；

有機系粘接劑為聚偏氟乙烯（PVDF）、CMC溶于N-甲基吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基酰胺（DMF）形成的溶液；其中PVDF: CMC質量比為（5-95）：（95-5），NMP：DMF質量比為（5-95）：（95-5），（PVDF+ CMC）：（NMP+DMF）質量比為（3-70）：（30-97）。