[发明专利]制备组合物、包含组合物的薄片及包含薄片的电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极，尤其是制备组合物、包含组合物的薄片和含有薄片的 电极的方法，前述电极适用于电化学器件，如超级电容器、燃料电池和超级 电容器脱盐。

背景技术

超级电容器是单位质量电容大(几十至一百法拉每克活性材料)和瞬时 功率高的能量储存器件。根据其储能机理可分为双电层电容器(electric double layer capacitor，EDLC)和赝电容电容器(pseudocapacitor)两种。其中双电层电 容器是利用电极和电解质之间形成的界面双电层电容来存储能量，其电极通 常采用具有高比表面积的多孔炭材料，包括活性炭粉末、活性炭纤维、炭黑、 炭凝胶、碳纳米管、网络结构炭以及某些有机物的炭化产物等，其中活性炭 材料因其低廉价格，容量高而应用较多。最近，人们把超级电容静电吸附作 用去离子当作一种新脱盐技术以降低水处理的成本和防止环境污染。

超级电容器包括两片相似的电极、电解液和电解液离子能透过的夹在电 极中间的隔膜。

超级电容器常用的活性炭电极通过在集流体上压制糊状组合物薄片获 得。糊状组合物是活性炭、溶剂和粘合剂的混合物。聚四氟乙烯(PTFE)是 常用的电极粘合剂。

在制备组合物薄片时，聚四氟乙烯、碳和溶剂在高速剪切和高温下进行 混合，在高温下进行辊压，挤压成形，并在高温下干燥以除去溶剂。高温， 尤其是接近水沸点的温度，会使水分快速流失。一旦水分流失后，材料的粘 度会以一种不可控制的方式增加，聚四氟乙烯的纤维化率会快速增加，从而 难以把聚四氟乙烯纤维化到预定水平。干燥过程需花大量的时间和能耗，也 会引起藏在活性炭颗粒内部和周围的极小孔里的水分以水蒸气的形式被除 去。由于聚四氟乙烯的疏水性，人们要花费很长时间来重湿活性炭聚四氟乙 烯混料，而且一些活性炭内部的微小孔甚至不能再次湿润从而丧失其活性。

有人曾提出在室温、低剪切率和没有干燥的条件下制备电极薄片的方法。 然而，此方法(一步合成法)一次性混合了所有原料，导致聚四氟乙烯混合 不均匀和低纤维化，结果形成的电极薄片质量不佳。而且，这种方法一般都 需要花费较长的时间。

因此，人们需要一种改进的方法来制备组合物、含有组合物的薄片和含 有薄片的电极。

发明内容

本发明的目的是提供改进的制备组合物、含有组合物的薄片和含有薄片 的电极的方法。

一方面，制备组合物的方法包括：提供活性炭颗粒和溶剂的混合物，搅 拌前述混合物以获得活性炭颗粒在溶剂中的分散体系；往分散体系中加入非 纤维化的聚四氟乙烯，剪切所得混合物直至至少部分聚四氟乙烯纤维化以得 到组合物。

另一方面，本发明涉及的制备薄片的方法包括：提供活性炭颗粒和溶剂 的混合物，搅拌前述混合物以获得活性炭颗粒在溶剂中的分散体系；往分散 体系中加入非纤维化的聚四氟乙烯，剪切所得混合物直至至少部分聚四氟乙 烯纤维化以得到组合物；将前述组合物加工成薄片。

另一方面，本发明涉及的制备电级的方法包括：提供活性炭颗粒和溶剂 的混合物，搅拌前述混合物以获得活性炭颗粒在溶剂中的分散体系；往分散 体系中加入非纤维化的聚四氟乙烯，剪切所得混合物直至至少部分聚四氟乙 烯纤维化以得到组合物；将前述组合物加工成薄片；将薄片附在集流体上。

附图说明

结合详细说明并参照附图可以更好地理解本发明的特色，组成以及优点， 附图中相同元件用相同标号表示，在附图中：

图1是实施例1制备的组合物的扫描电子显微镜下影像图；

图2所示为实施例1制备的薄片的扫描电子显微镜下影像图；

图3所示是对比实施例1制备的组合物的扫描电子显微镜下影像图；

图4为对比实施例1制备的薄片的扫描电子显微镜下影像图。

具体实施方式

本发明涉及制备组合物、含有组合物的薄片和含有薄片的电极的方法。 电极可能用于如超级电容器、燃料电池和超级电容器脱盐之类的电化学器件。

制备组合物的方法包括：提供活性炭颗粒和溶剂的混合物，搅拌前述混 合物以获得活性炭颗粒在溶剂中的分散体系；往分散体系中加入非纤维化的 聚四氟乙烯，剪切所得混合物直至至少部分聚四氟乙烯纤维化以得到组合物。 将组合物辊压，印刷及/或压制后，形成薄片。修剪薄片成预定形状与尺寸后 放至集流体，即可形成电极。