[发明专利]一种大功率软包装超级电容器极片其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率超级电容器电极材料的处理方法，特别是导电胶的引入与碳纳米管或纳米碳纤维的加入使超级电容器的大功率放电性能明显提高，属于能源材料技术相关领域。

背景技术

超级电容器也叫做电化学双电层电容器，其电极活性物质由高比表面积的炭材料构成。超级电容器的能量密度介于传统电容器与电池之间，并且具有瞬间大电流充放电、工作温度范围宽、循环寿命长、安全性能好等优点。

超级电容器的工作原理为一对电极都浸泡在电解质溶液中，当向电极施加低于电解质溶液的分解电压时，在固体电极与电解质溶液的界面，电荷会在极短的距离内分布排列。做为补偿，带正电荷的正极会吸引溶液中的阴离子，相反的，负极吸引阳离子，从而形成紧密的双电层，在电极和电解质溶液的界面存储电荷，但电荷不会穿过电极与电解质溶液的界面，在此过程中所产生的电流基本上是由电荷重排而产生的位移电流。其能量以电荷或浓缩电子存储在电极材料的表面。

 碳纳米管是一种中空管，比表面积大、结晶度高、导电性好以及其微孔都集中在一定范围内，是一种理想的导电电极材料。其中碳原子最外层的电子通过SP²杂化和相邻的三个碳原子形成稳定的平面共价键，而处于垂直方向Z轴上的电子则形成了离域的大π键。因此在碳纳米管管壁存在大量可以自由移动的电子，并且这些电子分布在碳纳米管的管壁表面，因此碳纳米管具有优导的导电性。而纳米碳纤维是一种具有纳米尺度的碳纤维，具有低密度、高比模量、高比强度、高导电性能外，还具有缺陷数量少、比面积大和结构致密等优点。

已知决定超级电容器内阻的一个重要因素就是电极活性材料与金属集流体间的接触，导电物质在电极活物质间的分布是否均匀。如果向超级电容器极片中引入碳纳米管和/或纳米碳纤维，在加入少量的条件下就可以明显提高极片的导电性，从而进一步提高超级电容器的大功率充放电性能。

此外在本发明中采用软包装对超级电容器的电芯进行封装，从而可以降低单体超级电容器的质量，在超级电容器静电容量不变的前提下，可以提高超级电容器的能量密度。

发明内容

本发明的目的是提供一种制作大功率、软包装超级电容器。首先在金属网集流体表面涂布一层一定厚度的导电胶，然后再进行二次涂布，然后通过向电极材料中加入少量碳纳米管和/或纳米碳纤维后，可以明显的提高超级电容器大功率充放电性能。使用软包装对超级电容器进行封装后，可以明显的降低单体超级电容器的质量，从而可以在不改变超级电容器静电容量的前提下，可以提高超级电容器的能量密度。

本发明的目的是这样来实现的：

使用金属网为电极集流体，加入一种强碱性阴离子表面活性剂，使用超声波技术对集流体表面进行除污处理1-5min，用二次去离子水洗净后对其进行80真空干燥10min，然后再使用一种含氟表面活性剂对集流体进行表面修饰3-5min，便可以得到表面无污染且表面富含某一类有机官能团的底物材料。其中金属网的开孔方式可以为腐蚀开孔、冲压开孔、激光开孔；或者使用编织丝网、斜拉丝网。电极所用金属网的材料可以是铝、铜、不锈钢或镀镍不锈钢。金属网的厚度在0.02mm-0.1mm之间。金属网孔的形状可以为圆形、菱形、矩形或其它不规则形状。除污使用的表面活性剂为强碱性的阴离子表面活性剂。表面修饰剂使用含氟表面活性剂；其中包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂及特殊表面活性剂。超声波祛污处理（1-5min），超声波表面修饰（1-5min）。所用超声波的频率为40KHZ，分散介质为石英亚沸去离子水，分散时间为18-30min，温度为40-55℃。

将金属网处理完之后，开始进行一次涂布，也就是先将导电胶涂布于金属网的表面，导电胶的单面湿膜厚度约为10μm。导电胶可以选择以导电石墨为主要成份的EB-815或EB-012。

在制备电极活性物质浆料时，先加入表面活性剂，超声波处理（1-3min），再加入粘合剂后，超声波处理（3-5min），再加入碳纳米管和/或纳米碳纤维，并且碳纳米管和/或纳米碳纤维占固含量的1%-2%，超声波处理3-5min，最后加入活性炭超声波处理1-5min。

用上述方法制备的活性物质浆料来制备超级电容器极片，1MLiPF₆电解液（EC/DEC=1:1），PP或PE为隔膜，使用铝塑膜软包装进行封口。芯体结构为正极︱隔膜︱负极叠片式结构，在充放电测试仪上进行0-2.5V、0-2.8V循环测试，充电电流50A。实验证明通过本发明的方法来制备超级电容器电极可以明显的提高超级电容器的大功率充放电性能。