[发明专利]一种超级电容器多层极片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器储能技术领域，特别是一种超级电容器多层极片及其制备方法。

背景技术

超级电容器，是一种介于传统静电电容器和二次电池之间的新型储能装置，兼具二次电池和传统电容器的优点。因此，超级电容器结合了传统电容器与蓄电池的优点，是一种良好的功率补偿和储能装置，它具有功率密度高、能量密度大、寿命长、工作温度范围宽、充放电效率高、无污染等特点，在新能源、通讯、数码电子、电力、汽车、工程机械、军事及航空航天等领域都有十分广泛的应用。

超级电容器目前的制备工艺有两种，一种是涂布式，一种是膜片式。涂布式的具体方法：将电极材料制成浆料，涂布在高纯铝箔或者腐蚀铝箔等集流体上，烘干制成电极片。但由于这种方法的极片与集流体间粘结强度小，在后续的辊压、卷绕等工艺过程中，电极活性材料层出现掉粉的现象，制成超级电容器成品后，产品在大电流高频率充放电过程中，涂层会与集流体逐渐分离剥落，导致内阻不断增加，性能下降。为此，通常在活性物质层中加入较多的粘结剂以提高涂层与集流体的结合力。但是，随着粘结剂用量的增加，超级电容器的能量密度减小。膜片式的具体方法：将电极材料混合呈现粉末状进行辊压，通过由半固态成型为固态膜片，最后将膜片通过粘结材料压覆在铝箔集流体上。而目前粘结材料主要采用聚四氟乙烯(PTFE)，PTFE具有高膨胀系数，特别是在产品使用后期在高分子电解液中会出现溶胀现象，从而导致电极材料与集流体之间的粘结性急剧下降的问题。在高低温充放电过程中，发生电极材料从集流体表面剥离的情况，导致超级电容器的稳定性下降、内阻增大、漏电流变大等问题。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种具有更高比能量、比功率、高导电率的超级电容器多层极片及其制备方法，可提高极片的柔韧性，防止活性物质层在从集流体上脱落，又可预防极片材料在高分子电解液中出现过度膨胀现象，提高超级电容器在高温负荷情况下的使用寿命，综合提高产品的稳定性能。

本发明采用如下技术方案：

一种超级电容器多层极片，包括有集流体、覆设于集流体表面的导电层、覆设于导电层表面的活性物质层及覆设于活性物质层表面的增塑层。

进一步地，所述导电层由石墨烯、导电剂、粘结剂和分散剂以质量比70～90：5～15：2.5～10:2.5～10混合制成，厚度为3～5μm；活性物质层由活性物质、导电剂、粘结剂、增塑剂以质量比70～90：5～15：2.5～10:1～5：0.5～3混合制成，厚度为50um～180μm；增塑层由超导电炭黑、纳米导电碳纤维、粘结剂和增塑剂以质量比20～60：5～20：2.5～10:2.5～10混合制成，厚度为5～10μm。

一种超级电容器多层极片的制备方法，包括以下步骤：

①原料制备；

导电层浆料：由石墨烯、导电剂、粘结剂和分散剂以质量比70～90：5～15：2.5～10:2.5～10加去离子水混合制成，固含量为10％～30％，涂覆粘度为500～2000mPa.s；

活性物质层浆料：由活性物质、导电剂、粘结剂、增塑剂以质量比70～90：5～15：2.5～10:1～5：0.5～3加去离子水混合制成，固含量为10％～30％，涂覆粘度为1500～8000mPa.s；

增塑层糊状料：由超导电炭黑、纳米导电碳纤维、粘结剂和增塑剂以质量比20～60：5～20：2.5～10:2.5～10混合制成；

②在集流体表面涂覆导电层浆料，并经过干燥、辊压形成导电层；

③在导电层表面涂覆活性物质层浆料，并经过干燥、辊压形成活性物质层；

④在活性物质层表面通过喷涂或凹版印刷覆设一层增塑层糊状料，并经过辊压形成增塑层。

进一步地，所述集流体为铝箔集流体。

进一步地，所述导电层的厚度为3～5μm；活性物质层的厚度为50um～180μm；增塑层的厚度为5～10μm。

进一步地，所述活性物质采用活性炭。

进一步地，所述导电剂为乙炔黑、导电炭黑或石墨粉中的至少一种，导电剂的粒径为0.1μm～3μm。

进一步地，所述粘结剂为丙烯腈多元共聚物、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、羧甲基纤维素或聚乙烯醇中的至少一种。

进一步地，所述增塑剂为TNP、DOP、DBP、DEHP、DINP、DNOP、DMP、DEP、SEBS中的至少一种。

进一步地，所述干燥温度为60℃～100℃，所述辊压采用恒温热辊压的方式。