[发明专利]用于电极的碳薄片的制造工序

说明书

本PCT国际申请要求于2011年5月3日向美国专利局提交的美国临时专利申请61/481,848的优先权。

技术领域

本发明针对制造用于铅酸蓄电池、超级电容器或者储能装置中的电极的单碳薄片的方法。

背景技术

已知的制造用于电池或者储能装置的电极的方法使用碳作为活性物质并使用聚四氟乙烯（PTFE）树脂作为粘合剂。聚四氟乙烯树脂可以通过对树脂施加剪力而纤维化。这些小纤维将碳粒子聚集在一起，使得碳粉能够被形成为薄片。纤维化允许聚四氟乙稀被用于在重量百分数上较低的载荷，并且因为它通过缠结而不是涂层将碳粒子聚集在一起，所以活性碳的大的表面区域保持可进入电解质。

然而，除非被润滑了，不然纤维化的聚四氟乙烯粘合剂颗粒将会和其他纤维化的聚四氟乙烯颗粒凝聚。如果小纤维凝聚，那么聚四氟乙稀作为粘合剂的有效性被减小。液体润滑剂必须能够在聚四氟乙稀的表面上润湿。已知的聚四氟乙烯润湿剂包括石脑油、酒精、MEK和含氟表面活性剂。水不润湿聚四氟乙稀，且因此在不利用有机溶剂的工序中，润滑必须来自碳粒子。这需要粘合剂在施加剪力之前就被非常好地分散在碳基体中。

已知的制造用于电极的碳薄片的方法具有需要有机溶剂的缺点。除了对制造工序增加显著的成本之外，这些溶剂还会造成健康、安全和环境问题。

另外，一旦薄片已经被形成，就可能难以完全地将溶剂从碳薄片上除去。如果溶剂残留在薄片中，那么薄片在含水电解质中将不会适当地润湿，导致差的电化学性能。

发明内容

根据本发明的第一实施例，一种制作电极的单碳薄片的方法，其特征在于，混合活性炭；将包含聚四氟乙稀粘合剂和水的分散添加入所述活性炭以便形成混合物；将所述混合物添加入喷射磨，并纤维化所述聚四氟乙稀粘合剂；以及将具有被纤维化的聚四氟乙稀的所述混合物馈送至辊磨，以便在单程中形成单碳薄片。

根据本发明的第二实施例，第一实施例的方法的进一步特征在于将所述活性炭与导电碳混合。

本发明的好处在于形成用于电极的碳薄片，而不需要溶剂。

本发明的另一个好处在于以连续或者半连续的方式来形成用于电极的碳薄片。

本发明的另一个好处还在于经由滚压机在单程或者单个步骤中形成用于电极的碳薄片。

本发明的另一个好处还在于形成用于具有改善的能量密度的电极的碳薄片。

本文所使用的“实质上”、“通常”、“相关地”、“近似”以及“大约”是意欲表示来自如此修改的特性的可允许偏差的修饰词。其并非是意欲限制于绝对值或特性，其虽有修改但是相当接近或者近似实体的或功能的特性。

对“一个实施例”、“实施例”或“在实施例中”的提及，意指被提及的特征被包括在本发明的至少一个实施例中。此外，对“一个实施例”、“实施例”、或者“在实施例中”的单独提及，并非必然是指相同的实施例；然而，两者不相互排斥，除非如此表述，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本发明能够包含在本文中描述的实施例的组合以及/或者整合的任何变化。

在下面的描述中，参照显示用于说明可以实践本发明的具体实施例的附图。下述说明性的实施例被充分详细地描述，以便本领域的技术人员能够实施本发明。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以采用其它实施例，并且可以基于已知的结构性等价物以及/或者功能性等价物作出许多结构改变。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的碳薄片加工工序的流程图。

图2是根据本发明的实施例的电极的示意图。

具体实施方式

本发明针对用于铅碳电池、电容器或者储能装置中的至少一个中的电极的碳薄片的制造工序。根据本发明的工序以连续的或者半连续的方式来生产碳薄片。更进一步地，碳/聚四氟乙稀粘合剂混合物在单个步骤中被形成为薄片。

现在参考图1，说明根据本发明的实施例的工序200的流程图。

根据本发明的一个以上实施例，活性碳（例如，粉末）和聚四氟乙烯（PTFE）粘合剂被彻底混合在一起205。混合物可以包含导电碳，例如石墨或者碳黑。混合物可以进一步包含加工助剂（例如，水或者表面活性剂）。混合物在质量上可以包含大约60%-99%的活性碳和大约1%-20%的聚四氟乙稀粘合剂。导电添加剂在质量上可以呈现0%-50%的量，例如质量上大约1-40%。加工助剂可以包含混合物质量上的1%-10%。可以通过连续式的或者分批式的混合机来进行混合。