[发明专利]一种双电层电容器用活性炭电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学电源产品，特别涉及一种双电层电容器用活性炭电极的制备方法。

背景技术

双电层电容器是电化学电容器(又称超级电容器)中的一种。双电层电容器通过在高比表面积碳电极的表面发生快速、可逆的电荷吸附/脱附过程进行能量的储存和释放，其能量密度是传统的静电电容器的10～100倍，功率密度是电池的10～100倍。双电层电容器以其特有的性能优势，特别适用于短时间高功率输出场合，在机车启动、UPS、能量回收、激光武器、电磁炮等领域将得到广泛的应用。

双电层电容器的电极有碳纤维电极、活性炭电极、碳气凝胶电极等。目前电极的制备方法为：在成型的电极材料表面喷射导电金属(如：铝、镍、金、银等)。但是采用该法的电极多存在性能不太稳定、循环寿命不长等缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种双电层电容器用活性炭电极的制备方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种双电层电容器用活性炭电极的制备方法，其特征在于：该活性炭电极由活性炭、导电剂、粘结剂、溶剂和金属基体构成；其制备步骤为：(1)将粘结剂置于溶剂中，充分搅拌直至溶解均匀；(2)将活性炭和导电剂粉末混好后，倒入粘结剂溶液中，充分搅拌直到形成均匀的活性炭浆料；(3)将活性炭浆料均匀的涂布在金属基体上，待干燥后，压制形成活性炭电极。

所述的活性炭材料的比表面积为300～3000m²/g，粒度为5～50μm，振实密度为0.3～1.0g/cm³，导电剂为石墨、碳黑、碳纤维、碳纳米管等其中的一种或几种。粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羧基丁苯胶(SBR)等其中的一种或几种。溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、水等其中的一种或几种。

所述的涂布方法为喷涂法或辊涂法。

采用本发明所述方法制备的活性炭电极具有可干燥性好、内阻小、性能稳定、循环寿命长等特点。

附图说明

图1为本发明的活性炭电极的结构示意图。

图2为采用本发明的活性炭电极制作的双电层电容器内部结构示意图。

图3为采用本发明的活性炭电极制作的双电层电容器的恒流充放电曲线。

图4为采用本发明的活性炭电极制作的双电层电容器的循环寿命曲线。

具体实施方式

本例的双电层电容器用活性炭电极由活性炭材料、导电剂、粘结剂、溶剂和金属基体构成。其采用的活性炭材料比表面积为300～3000m²/g，粒度为5～50μm，振实密度为0.3～1.0g/cm³，导电剂为石墨、碳黑、碳纤维、碳纳米管等其中的一种或几种。粘结剂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物(PVDF-HFP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇(PVA)、羧基丁苯胶(SBR)等其中的一种或几种。溶剂为N-甲基吡咯烷酮、乙醇、丙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃、水等其中的一种或几种。

本例的双电层电容器用活性炭电极的制备方法，其步骤为：(1)将粘结剂置于溶剂中，充分搅拌直至溶解均匀；(2)将活性炭和导电剂粉末混好后，倒入粘结剂溶液中，充分搅拌直到形成均匀的活性炭浆料2；(3)将活性炭浆料均匀的涂布在金属基体1上，待干燥后，压制形成活性炭电极。采用的涂布方法为喷涂法或辊涂法。

采用上述方法制备的电极即为本例的双电层电容器用活性炭电极。其结构示意图如图1所示。

采用本例的活性炭电极制成双电层电容器。具体方法为：将制成的活性炭电极冲裁成所需的尺寸，作为正负极片，采用NKK的TF系列隔膜3，采用1.0～1.5mol/L的Et₄NBF₄/AN溶液作为电解液，在干燥房或手套箱中组装成双电层电容器。其内部结构示意图如图2所示。

测试结果显示，采用该方法制备的活性炭电极具有可干燥性好、内阻小、性能稳定、循环寿命长等特点。

图3的测试结果表明，采用该活性炭电极组装的双电层电容器，在2.5A下的充放电曲线几乎为一条直线，其容量达到300F左右。

图4的测试结果表明，经过50000周次的循环，双电层电容器的容量保持在初始容量的90％以上。