[发明专利]电极片及其制备方法、超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能器件领域，特别是涉及一种电极片及其制备方法、采用该电极片的超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器是近些年来发展起来的介于传统静电电容器和化学电源之间的、基于电极/溶液界面电化学过程的特中储能元件。其应用领域涵盖小到智能仪表、电动工具、相机闪光灯、路灯等，大到风力发电站、电动汽车、电力机车、电脉冲技术设备、高压开关的分合闸操作电源等等，而且其应用领域还在继续扩展，具有不可估量的市场容量。

超级电容器由正极、负极、电解液、隔膜、集流体和封装外壳组成，其中的电极片是重要组成部件。超级电容器电极片的制造工艺有两种，一种是涂布式，另一种是膜片式。正/负电极由正/负电极活性材料和正/负电极集流体组成，正/负电极活性材料包括通过将非多孔碳材料和多孔碳材料混合而获得的材料。集流体一般选用耐化学和电化学腐蚀的高纯铝箔、不锈钢网、腐蚀铝箔和镍等材料。

涂布式的具体方法：将电极材料制成浆料，涂布在高纯铝箔或者腐蚀铝箔等集流体上，烘干制成电极片。但由于这种方法的极片与集流体间粘结强度小，在后续的辊压、卷绕等工艺过程中，电极活性材料层出现掉粉的现象，将电极进一步加工制成超级电容器后，产品在大电流高频率充放电过程中，涂层会与集流体逐渐分离剥落，使超级电容器产品内阻逐渐增加，性能下降。为此，通常在活性物质层中加入较多的粘结剂以提高涂层与集流体的结合力。但是，随着粘结剂用量的增加，超级电容器的能量密度减小。

膜片式的具体方法：将电极材料混合粉末经过辊压，由半固态成型为固态，以形成膜片。使用时将膜片压到金属网上或者用导电胶粘到金属箔上，制成极片。目前粘结剂主要采用聚四氟乙烯(PTFE)，PTFE具有高膨胀系数，在高分子电解液中会出现溶胀现象，从而引起电极材料与集流体之间的密接性下降的问题。在高低温充放电过程中，发生电极材料从集流体表面剥离的情况，导致超级电容器的性能稳定性下降、内阻增大、漏电流变大等问题。

于2013年11月27日申请公开的中国专利CN103413693A公开了一种本发明公开了一种超级电容器的制造方法，其中，为了提高腐蚀铝箔与电极浆料之间的粘结力，采用先在腐蚀铝箔上涂覆一层导电性粘结剂，再在导电性粘结剂上涂覆电极浆料的方法，使得电极浆料能够稳定的黏贴在腐蚀铝箔上，从而制得的电极可以承受150t至200t的压力的压制而不会产生电极浆料层脱落、变形的问题，电极浆料层密度可达到0.65至0.70之间。该发明中，导电粘结剂层的制备：将石墨烯、导电炭黑、羧甲基纤维素和水混合均匀，涂覆在铝箔上，高温烘干形成1μm至10μm的导电粘结剂层。但是，并未提及高温干燥的温度和时间、石墨烯的成本较高。这种方法虽可达到将导电粘结剂层附着于铝箔等集流体表面的效果，但是其附着的方法是将导电浆料涂布在铝箔表面，烘干形成导电粘结剂层，仅以粘结剂或溶剂粘结的方式，不仅使构成导电粘结剂层的石墨烯、导电炭黑等物质本身易脱落，从而与第二层电极材料层的结合力不牢固，易发生电极材料层从导电粘结剂层表面脱落，影响超级电容器的性能。

于2014年04月09日授权公开的中国专利CN102543481B公开了一种超级电容器的制作方法，其中，为了解决集流体与电极片间粘结强度小及电极片内部粘结强度小等问题，通过将金属集流体表面粗糙化处理，将活性材料、导电材料、复合粘结剂混合均匀，压成厚度在30～100μm的极片，将极片粘结在已涂覆一层导电胶的集流体表面，形成带状电极。其中，作为集流体的原料是纯度至少为99.9wt％，铜含量在0.005wt％以下的金属铝或铝合金。该工艺过程中，在活性物质层和集流体之间引入的一层导电胶层并未提及具体物质和处理工艺。通常，采用的是类似EB-012的产品，主要由石墨、碳粉、水性树脂和溶剂等组成，其电导率偏低、粘接的力学性能较差。由于复合粘结剂容易固化，这种电极片仍然存在涂层与集流体之间附着力不强的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种附着力较强的电极片及其制备方法。

此外，还有必要提供一种使用该电极片的超级电容器及其制备方法。

一种电极片的制备方法，包括如下步骤：

在光箔的一个表面涂覆导电浆料，干燥后形成导电浆料层，接着辊压压接形成导电涂层，其中，所述导电浆料为金属粉末、碳材料粉末、分散剂、粘结树脂和第一溶剂混合形成，所述导电浆料的固含量为10％～30％；

在还原性气体氛围或保护气体氛围下，对形成有导电涂层的所述光箔进行高温碳化处理，所述导电涂层碳化形成覆碳导电层；以及