[发明专利]一种超级电容器用电芯的干燥方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器，具体涉及一种超级电容器用电芯的干燥方法。

背景技术

双电层型超级电容器是通过在电极和电解液界面形成双电荷层来储存能量，为了达到更高的能量密度，一方面通过采用高比表面积的活性材料来提高超级电容器用电极比容，另一方面通过采用有机电解液来提高超级电容器单体的工作电压。由于超级电容器用有机电解液遇水极易分解变质，变质的电解液不仅会使超级电容器电性能发生迅速劣化，而且电解液分解产生的CO₂和H₂等气体还会带来爆炸等安全隐患。因此，采用有机电解液的超级电容器，必须严格控制单体组装各工序的含水量。

电芯干燥是超级电容器单体组装工序的重要步骤之一。在其余组装工序及其组装环境可控的条件下，干燥后电芯的含水量对有机电解液体系的超级电容器容量、内阻及循环寿命有决定性影响。

中国专利CN103745840 A公开了一种超级电容器用电芯的干燥方法及干燥装置，首先将超级电容器用电芯放于干燥罐内并对干燥罐抽真空；然后向干燥罐内注入氮气，将干燥罐加热到120-200℃，再对干燥罐抽真空；保持罐内真空度将干燥罐恒温加热5-10小时，最后向干燥罐内注入氮气。采用这种干燥方法干燥的电芯，其电极和隔膜仍然有较高的含水量。用这种电芯组装的超级电容器单体具有如下问题：在老化过程中电芯上残余的水分不断与电解液发生电化学反应，以致老化后的单体发生气鼓，单体的循环寿命大大降低。拆解老化后的单体，发现电极上的粉料已发生部分脱落。

为最大限度地降低超级电容器单体的产气现象，中国专利CN102543481 B公开了一种对入壳前的电芯预先通电老化方式组装超级电容器单体的工艺。根据该专利提供的单体组装工艺，首先在100-150℃下将卷绕好的电芯真空干燥8-72小时；然后将真空浸渍有机电解液的电芯在50℃下以2.7V恒压通电10小时；再将通电老化后的电芯置于圆形铝壳内，最后进行封口。用这种通电老化后的电芯组装成的超级电容器单体具有如下问题：由于在通电老化过程中电芯上残余的水分引起部分电解液发生分解，电解液分解产生的杂质沉积在电极活性物质和隔膜表面，表面劣化的电极降低了电解液离子对活性物质孔道的可达能力，导致超级电容器单体容量下降，并且，沉积在隔膜表面的杂质阻碍了电极和电解液的电气连接，造成超级电容器单体直流内阻上升。

发明内容

发明概述

针对现有超级电容器用电芯水分含量高、经老化后电芯产气严重、单体容量低、内阻大和循环寿命差等不足，提出了以下技术方案：

本发明的技术方案提供了一种超级电容器用电芯的干燥方法，包括如下步骤：用共沸剂浸没电芯，在惰性气氛、100-170℃、5-15Mpa下保温保压后取出电芯并鼓风干燥，将鼓风干燥后的电芯置于惰性气氛、100-170℃、5-15Mpa下保温保压后用惰性气氛将电芯周围的共沸剂气体及水蒸气充分置换即得。

所述共沸剂是在1个标准大气压下的沸点在100℃以下、在其沸点以下温度的饱和蒸汽压比水大的有机溶剂。

本发明所述的共沸剂允许有一定程度的含水量，在本发明的一些实施方式中，采用的是不超过4wt％含水量的共沸剂溶液。

根据上述技术方案提供的的方法，在一些实施方式中，所述共沸剂选自氯仿、四氯化碳、苯、正丙醇、异丙醇、丙烯腈、乙酸乙酯、二氯乙烷、乙腈、乙醇、乙醚或二硫化碳。

在一些实施方式中，所述保温保压的持续时间为2-8小时。

在一些实施方式中，所述干燥的温度不高于170℃。

在一些实施方式中，所述惰性气氛选自氮气、氦气、氖气或氩气。

在一些实施方式中，所述电芯由电极和隔膜组成，其中，电极是由均匀粘附于集流体两个表面的活性材料层和集流体组成。在一些实施方式中，活性材料层由活性物质、导电剂、粘结剂构成，其中活性物质，选自活性碳、石墨烯或活性炭纤维，导电剂选自金属粉末、乙炔黑、科琴黑、炉黑、导电炭黑、导电石墨或碳纳米管，粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氧乙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚氨酯或聚异戊二烯。在一些实施方式中，所述隔膜选自纤维素隔膜和聚丙烯隔膜，隔膜的厚度为30-70μm。在一些实施方式中，所述集流体选自腐蚀铝箔、腐蚀铜箔、钽箔或镍箔，集流体的厚度为10-40μm。

在一些实施方式中，所述电芯的加工方法，包括卷绕法和叠片法。

本发明的实施方式中使用的水均为去离子水。