[发明专利]一种多层电极及其制备的超级电容器

说明书

本发明公开了一种多层电极及其制备的超级电容器，由多层结构层叠而成，多层结构包括集流体层和活性层，以及导电层和增塑层中的至少一种，导电层位于集流体层和活性层之间，增塑层位于活性层的表面，在所述导电层、活性层和增塑层中均分布有活性物质，通过本发明，能够改善电极各层之间的过渡，提高电极结构的稳定性，增加电极上活性物质的装载率，促进电荷在整个电极结构中的快速传递。因此利用该电极制作的超级电容器具有高的储能密度、良好的功率特性和优异的循环寿命。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种多层电极及其制备的超级电容器。

背景技术

超级电容器是一种性能介于传统电容器和二次电池之间的新型储能元件，具有容量大、充放电时间短、循环寿命长、比功率高、使用温度范围宽、对环境友好等特点，因此应用前景非常广阔。超级电容器的结构通常包含电极、隔膜、电解质、引线、封装材料等部分，其中电极作为超级电容器最重要的一项组成，对其性能具有直接的影响。

传统超级电容器的电极制作比较简单，将活性材料与导电剂、粘结剂混合调浆后涂覆于集流体上即可。为了改善活性物质与集流体之间的接触，降低接触电阻，现有一种是在普通铝箔为集流体的基础上，设计了一种采用聚丙烯酸盐与导电碳组成的导电层为涂布底层，活性炭、导电碳、粘结剂组成的活性物质层为上层的超级电容器极片。还有一种是在铝箔基片表面上采用无气喷涂工艺或刮涂工艺制备导电层，进而通过涂覆工艺及膜片轧制工艺在导电层表面制备活性炭层，该三层结构电极具有活性炭材料层不易脱落、储能密度大和性能稳定等特点。此外还设计了一种包含集流体、导电层、活性物质层及增塑层的四层电极结构，通过集流体与活性物质之间的导电层可以提高活性物质的黏合度、保证高导电性，同时在活性物质层上压覆的增塑层可进一步提高极片的柔韧性，防止活性物质脱落。然而，上述这些多层电极结构的设计未考虑到层与层之间的过渡与相容性，影响电极结构的稳定；同时，导电层与增塑层均属于非活性组分，对于电极容量没有直接贡献，因此它们的存在反而影响了超级电容器的质量比能量与体积比能量。这些因素导致了超级电容器储能密度偏低、使用寿命不够长、漏电流偏大等问题，使得其市场化应用受到阻碍。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多层电极及其制备的超级电容器，使其结构设计更为合理，提高超级电容器的储能与功率密度，延长其使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

一种多层电极，由多层结构层叠构成，多层结构包括集流体层和活性层，以及导电层和增塑层中的至少一种，导电层位于集流体层和活性层之间，增塑层位于活性层的表面，在导电层、活性层和增塑层中均分布有活性物质，将活性物质协调分布于整个电极体系中形成自然过渡，可有效增强电极结构稳定性，提高活性物质的装载率。

利用导电层和增塑层中的至少一种来表示多层电极的构成，存在以下三种情况：

1)集流体层+导电层+活性层；

2)集流体层+活性层+增塑层；

3)集流体层+导电层+活性层+增塑层。

进一步的，所述活性物质至少包括多孔碳、金属氧化物和导电聚合物中的任一种，以及三者任意组合得到的复合材料，将不同活性物质材料结合使用，可以发挥各自的特性优势而相互弥补劣势，从而优化电极材料的容量、循环与功率等指标。

进一步的，所述导电层包括导电剂、粘结剂及其他添加剂，所述导电层中的其他添加剂包括分散剂、增稠剂或活性助剂中的任一种；所述导电层中的活性物质与导电层中导电剂、粘结剂及其他添加剂的质量比为0.5～4：3～7：1～5：0～2；

所述活性层包括导电剂、粘结剂及其他添加剂，所述活性层中的其他添加剂包括分散剂、增塑剂、增稠剂或增韧剂中的任一种；所述活性层中的活性物质与活性层中导电剂、粘结剂及其他添加剂的质量比为7～9：0.2～2：0.2～2：0～1；