[发明专利]一种超级电容器用电极的制备方法

说明书

本发明涉及一种超级电容器用电极的制备方法，利用可溶于水的酸性气体对添加在浆料中的PTFE乳液破乳，使悬浮于乳液的PTFE球状颗粒破乳后伸展为纤维状，得到一种涂层结构稳定的高性能超级电容器电极；其中PTFE纤维则犹如“建筑材料中的钢筋”一样在电极涂层内部起到桥连作用，而胶粒状粘结剂犹如“建筑材料中的水泥”一样在电极活性物质和导电剂颗粒之间和电极涂层与集流体之间起到点对点粘结作用；通过胶粒状粘结剂与PTFE纤维的协同作用，既保证了电极涂层与集流体的界面粘结力，又提高了电极涂层内部的结构稳定性，使制备出的电极加工性能较好，在分切、卷绕等加工过程中不易发生脱粉，从而提高了超级电容器的高温负荷可靠性及循环寿命。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器用电极的制备方法。

技术背景

超级电容器是一种介于传统电容器和二次电池之间的新型储能器件。双电层型超级电容器是通过在电极和电解液界面形成双电荷层来储存能量，由于这种储能过程只是在两个多孔的电极上发生可逆的离子吸附，因此，双电层型超级电容器可以反复充放电上百万次。双电层型超级电容器由电极、隔膜、电解液、外壳等部分组成，其中电极是它的核心，直接影响着超级电容器的各方面性能。通常根据在电极制备过程中是否引入润湿粘结剂、活性物质和导电剂的溶剂，可以将超级电容器用电极的制备工艺分为两种：干法和湿法。干法是一种通过研磨粘结剂、活性物质和导电剂的干混合物以形成自支持干膜的电极制备方法，如中国专利CN102569719中，按照干法工艺先将可纤维化的PTFE(聚四氟乙烯)干粉和干炭颗粒混合均匀，然后通过棒研磨、喷射研磨或锤击研磨方式对均匀混合的干粉施加高剪切作用，使PTFE干粉在混粉内充分纤维化，再将研磨过的干混合物压缩成干膜，最后将干膜压延在经蚀刻或粗糙化的导电基板上，从而得到超级电容器用电极；专利CN105225847中，发明人按照干法工艺先将粉态活性炭、PTFE粉末、导电剂三种粉体在干态下均匀混合得到混粉，然后在加热条件下用超强剪切机对所得混粉进行剪切形变混合，得到干态炭膜；再将干态炭膜分别均匀粘贴在表面预先喷涂导电胶的涂炭铝箔上加热固化，从而得到超级电容器用电极。虽然采用干法制备出的电极粘结强度高，组装成的超级电容器的循环寿命及可靠性均较好，但是干法对实验环境的要求极高，往往需要在水氧含量极低的干燥房内进行，并且研磨干炭和可纤维化的干粘结剂颗粒过程以及将研磨过的干混合物压缩成干膜的过程均比较耗时，生产效率较低。

湿法是一种预先将粘结剂、活性物质、导电剂、分散剂与溶剂混合搅拌成浆料，再将浆料涂布到集流体上干燥以去除溶剂，最后辊压电极以提高电极涂层与集流体粘结强度的电极制备工艺；由于湿法制备超级电容器用电极的工艺路线较为成熟，生产效率相对干法电极要高得多，当前已经产业化的超级电容器制造商大多采用湿法工艺路线制备电极。如中国专利 CN100530464中，按照湿法工艺先在水、乙醇、异丙醇或甲乙酮溶剂中溶解复合粘结剂，然后在复合粘结剂溶液中分散炭素材料粉末、导电材料，制成固含量为10～25％的浆料，再将所得浆料涂布到预先经双面交流腐蚀的集流体上，以100～150℃干燥10～80min去除溶剂得到半成品电极，最后通过辊压半成品电极使极化极和集电极牢固粘结成一体，从而得到超级电容器用电极；中国专利CN106033696中，按照湿法工艺先将纤维粘结剂和纤维活化剂与炭材料、导电剂及消气剂混合，再对混合料依次经加湿、捏合、干燥、粉碎及成型处理，得到自支撑膜，最后将自支撑膜与表面预处理的金属集流体进行热覆合处理，从而得到超级电容器用电极。但由于用于粘结电极涂层和集流体的粘结剂一般以胶粒形式存在，按照湿法工艺制备出的电极加工性能相对较差，在分切、卷绕等加工过程中电极易于发生脱粉，用这种电极组装成的单体经长期负荷或循环测试后，电极易于产生折痕甚至涂层脱落等劣化现象，从而引起超级电容器的容量、直流内阻等参数发生显著变化。

发明内容

针对现有技术上的缺点，本发明的目的是要提供一种超级电容器用电极的制备方法，利用可溶于水的酸性气体对添加在浆料中的PTFE(聚四氟乙烯)乳液破乳，使悬浮于乳液的 PTFE球状颗粒破乳后伸展为纤维状，从而制得超级电容器用电极。所述超级电容器用电极的制备方法包括：