[发明专利]一种超级电容电极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容制造技术领域，特别涉及一种超级电容电极片及其制备方法。

背景技术

超级电容器，又称作双电层电容器（Electric Double Layer Capacitor，EDLC），是有效的储能元件。为了增加能量密度和功率密度，一个广为人知的方向是降低内阻，增加工作电压以及工作时间。但是，如下所述，在达到上述目标的过程中遭遇了各种困难。

其中一个困难是EDLC电极金属集流体上有一层绝缘氧化膜。这个绝缘氧化膜增加了纳米孔径的碳层与金属集流体之间的接触电阻。增加的接触电阻导致了内阻的增加，以及相应地减少了输出功率密度和电容器的效率。

一个已知的消除氧化膜作用的方法是利用已知的机械处理（例如加压，超声处理等）向铝集流体上嵌入碳颗粒，然而，这些尝试没有得到十分理想的结果。还可以将铝集流体加热至熔点（例如，利用电阻加热），然后将碳电极压制在熔化的集流体上。但是，这需要大量的能量才能让铝在660℃熔化。此外，这种方法不能用于比较薄的铝集流体，而EDLC通常使用的就是铝箔集流体。

电极上形成纳米孔径碳层的纳米碳粉电阻率也是EDLC内阻的重要组成部分。纳米碳粉自身的电阻率是减少EDLC内阻的另一个困难。

再一个困难是EDLC金属部件的电化学腐蚀，尤其是EDLC阳极的电化学腐蚀。令人担忧的是，电化学腐蚀会导致工作电压的降低。

因此，要达到比目前市面上的EDLC具有更高的功率密度和效率的目标，就很有必要降低内阻以及提高工作电压。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型的超级电容电极片及其制备方法，该方法制备的电极极片可以降低超级电容的内阻以及稳定超级电容的工作电压。

本发明所述的超级电容的电极片，包括单面电极片和双面电极片两种。

单面电极片是在集流体的一个表面嵌入导电碳颗粒，该表面通过导电胶与电极材料粘合在一起组成，其中，集流体表面嵌入碳的面积比率为50%～85%；电极材料由电极活性物质、导电剂（石墨，乙炔黑等导电碳颗粒）以及粘合剂（聚四氟乙烯）组成，三者的质量分数分别为85%～95%、2%～10%和3%～5%；导电胶由导电剂（石墨，乙炔黑等导电碳颗粒）和橡胶（聚偏氟乙烯PVDF）组成，橡胶可以防止集流体在电解液中的电化学腐蚀，PVDF的质量为导电胶质量的20%～60%；

双面电极片是在集流体的两个表面均嵌入导电碳颗粒，两个表面分别通过导电胶与电极材料粘合在一起组成，其中，集流体表面嵌入碳的面积比率为50%～85%；电极材料由电极活性物质、导电剂（石墨，乙炔黑等导电碳颗粒）以及粘合剂（聚四氟乙烯PTFE）组成，三者的质量分数分别为85%～95%、2%～10%和3%～5%；导电胶由聚偏氟乙烯（PVDF）与导电剂（石墨，乙炔黑等导电碳颗粒）组成，PVDF的质量为导电胶质量的20%～60%。

集流体选用20μm～30μm厚的铝箔，通过电火花放电的方法，用高纯石墨棒在集流体表面嵌入导电碳颗粒。

电极活性物质是以沥青等为原料制成的沥青基球状活性炭（以石油沥青为原料制取粒状活性炭，胜利石油化工，1979-8-29），再经过多元羧酸酸洗、过滤、加热处理得到的。处理后的沥青基球状活性碳材料比表面积≥2000m²/g，粒径为10μm～23μm，孔径为1nm～3nm。

本发明所述的电极片的制备方法，包括如下步骤：

1)以高纯石墨棒为原料，用电火花放电的方法在集流体表面嵌入导电碳颗粒，嵌入碳的面积比率为50%～85%；

2)制备沥青基球状活性炭，再经过多元羧酸酸洗、过滤、加热得到电极活性物质；

3)在去离子水和乙醇的混合溶剂中加入聚四氟乙烯乳液，搅拌均匀后加入导电剂，搅拌均匀后加入电极活性物质，用研钵研磨，得到电极材料；然后将电极材料压制成80～100μm的电极片；电极活性材料中，电极活性物质、导电剂和聚四氟乙烯粘合剂的质量分数分别为85%～95%、2%～10%和3%～5%；去离子水和乙醇的混合溶剂中聚四氟乙烯和导电剂的浓度为3～5wt%，去离子水和乙醇的体积比为1：1～2；

4)将聚偏氟乙烯放入吡咯烷酮中搅拌，完全溶解后放入导电剂，继续搅拌均匀，得到导电胶；其中聚偏氟乙烯、导电剂和吡咯烷酮的质量比为1：0.67～4：7～15；