[发明专利]一种含蜘蛛丝纤维的覆炭集流体箔及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种含蜘蛛丝纤维的覆炭集流体箔及其制备方法、包含该覆炭集流体箔的超级电容器用电极及其制备方法。本发明利用蜘蛛丝纤维为粘结剂来制备覆炭集流体箔和自支持干膜，并将其复合得到超级电容器用电极，确保了电极制备过程中不引入任何加工助剂，从根本上避免了电芯干燥后内部存在加工助剂残留问题。制备出的电极粘结性好、加工性能好、可靠性高，组装成的超级电容器一致性好、循环寿命长。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种含蜘蛛丝纤维的覆炭集流体箔及其制备方法、包含该覆炭集流体箔的超级电容器用电极及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在电子、工业、交通运输业等诸多领域应用广泛。电极是超级电容器的核心元件，通常由电极活性物质、导电剂、粘结剂和集流体箔组成。为了降低电极电阻并增加电极的粘结强度，通常用粘结剂将导电炭材料预先粘结到集流体箔的正反两面，以降低超级电容器单体内阻并防止电极在使用过程中活性电极层的脱落。

目前主流的电极粘结剂为聚氨酯、聚偏二氟乙烯、聚丙烯酸以及聚四氟乙烯。而电芯干燥时，粘结剂的加工助剂残余物通常会与超级电容器电解质产生化学作用，最终导致超级电容器产品的工作寿命以及最大工作电压变小，影响超级电容器的性能。

蜘蛛丝纤维是一种天然高分子蛋白纤维和生物材料，具有粘性，较能耐高温和低温。在200℃以下能表现出良好的热稳定性，300℃以上才开始变黄。此外，蛛丝纤维的直径范围为几十纳米到几微米，与超级电容器用导电剂和活性物质的粒径相当。并且，蜘蛛丝纤维来源丰富，安全环保，非常适合用作超级电容器集流体箔和电极的粘结剂。

因此，针对现有技术中的不足，本发明提供一种含蜘蛛丝纤维的覆炭集流体箔及其制备方法、包含该覆炭集流体箔的超级电容器用电极及其制备方法。

发明内容

本发明的技术目的之一是提供一种覆炭集流体箔，所述的覆炭集流体箔以蜘蛛丝纤维作为粘结剂。

本发明的另一技术目的是提供一种制备所述的覆炭集流体箔的方法，包括以下步骤：(1)将蜘蛛丝纤维和导电剂混合，得到导电混粉；(2)通过计算机激光打印将所述的导电混粉打印到集流体箔上，得到覆炭集流体箔。

作为优选，所述的覆炭集流体箔的制备方法，步骤(1)中所述的混合为高剪切混合，所述混合方式包括但不限于：用棒研磨机进行研磨，用气流粉碎机进行粉碎或用锤击研磨机进行研磨。

作为优选，所述的覆炭集流体箔的制备方法，步骤(1)中所述导电剂是乙炔黑、科琴黑、炉黑、导电炭黑、导电石墨、炭纳米管、气相沉积炭纳米纤维(VGCF)中的一种或一种以上。

作为优选，所述的覆炭集流体箔的制备方法，步骤(1)中所述蜘蛛丝纤维和导电剂的质量比为0.01～0.2:1，优选0.03～0.1:1。

作为优选，所述的覆炭集流体箔的制备方法，步骤(2)中所述集流体箔是腐蚀铝箔、腐蚀镍箔、腐蚀铜箔中的一种。

作为优选，所述的覆炭集流体箔的制备方法，步骤(2)中所述激光打印时印刷辊刮刀高度为0.5～7μm，例如：0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm和7μm。

本发明的另一技术目的是提供一种超级电容器用电极，包含所述的覆炭集流体箔。

本发明的另一技术目的是提供一种制备所述的超级电容器用电极的方法，包括以下步骤：(1)将蜘蛛丝纤维、电极活性材料和导电剂混合，得到活性混粉；(2)用辊压机将所述的活性混粉压缩成自支持干膜；(3)将所述的自支持干膜粘合到所述的覆炭集流体箔上得到电极。

作为优选，所述的制备超级电容器用电极的方法，步骤(1)中所述的混合为高剪切混合，所述混合方式包括但不限于：用棒研磨机进行研磨，用气流粉碎机进行粉碎或用锤击研磨机进行研磨。