[发明专利]基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化的电极制备方法

说明书

本发明公开了一种基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化的电极制备方法，以解决实验室条件下电极制备的活性物质载量低的技术问题。本发明的电极制备方法包括以下步骤：通过可膨胀石墨受热膨胀产生的微应力将粘合剂原位纤维化并均匀包裹活性物质、导电剂，制备获得具有丝状粘合剂缠绕包裹活性物质的电极。本发明的基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化方法中，通过可膨胀石墨参与，能够实现大载量电极的制备；所述制备方法相比普通方法所用时间更短，操作更方便简单。

技术领域

本发明属于电极制备技术领域，涉及实验室电极制备技术领域，特别涉及一种基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化的电极制备方法。

背景技术

超级电容器作为一种新型储能装置，其功率密度高、循环寿命长、适用范围广等优点吸引了广泛关注；与电池相比，超级电容器的能量密度更低但功率密度更高，因此在功率密度需求较高的场合具有广泛的应用前景。在新能源产业蓬勃发展的当下，将超级电容器与电池组成复合系统互为补充是必然趋势，也会使超级电容器具有更广阔的市场前景。

目前成熟商业化的产品是有机体系的超级电容器，活性物质为碳材料，其主要问题仍是较低的能量密度。水系混合超级电容器用赝电容材料作为正极，碳材料作为负极，具有更好的安全性和更高的能量密度；在组成混合超级电容器时，由于正负极容量差异，负极碳材料的质量往往是正极材料质量的3～5倍。在实验室研究中，一般的电极制备方法是将活性物质、粘合剂、导电剂以一定比例混合形成浆料后涂在泡沫镍等集流体上烘干；此种制备方法的烘干过程一般持续12小时以上，且一次制备的电极活性物质一般在5～20毫克左右。工业上的电极制备采用和电池生产类似的方法，其中比较新颖的方法，是运用辊压、高速剪切等方法将粘合剂直接与其他物料粘接起来，减少了溶剂使用，简化了工艺，但在实验室条件下难以实现。因此，在实验室条件下制备具有超大活性物质载量的电极就成为了难点，导致组成的混合超级电容器活性物质载量难以提高，进而难以组成大型器件进行更深入的研究探索。

如今，实验室条件下进行软包电池的研究与测试也变得越来越常见。不论是超级电容器还是电池，实验室中器件的研究规模向工业化靠近能给予工业化生产更好的指导，而在正负极材料充足的情况下，如何提高电极的活性物质载量与生产效率便是一个重要的议题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化的电极制备方法，以解决上述存在的实验室条件下电极制备的活性物质载量低的技术问题。本发明的基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化方法中，通过可膨胀石墨参与，能够实现大载量电极的制备。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于膨胀微应力实现粘合剂纤维化的电极制备方法，包括以下步骤：

通过可膨胀石墨受热膨胀产生的微应力将粘合剂原位纤维化并均匀包裹活性物质、导电剂，制备获得具有丝状粘合剂缠绕包裹活性物质的电极。

本发明的进一步改进在于，可膨胀石墨受热膨胀产生微应力所需温度范围150℃～350℃。

本发明的进一步改进在于，所述粘合剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚醚酮、聚酰亚胺和聚苯并咪唑中的一种或其中几种的混合物。

本发明的进一步改进在于，所述通过可膨胀石墨受热膨胀产生的微应力将粘合剂原位纤维化并均匀包裹活性物质、导电剂的步骤具体包括：

将活性物质、粘合剂、可膨胀石墨及导电剂混合获得混合物；将混合物分散于有机溶剂中，获得均匀反应物溶液；

将所述均匀反应物溶液置于150℃～350℃温度环境下，反应1h～3h，冷却至室温，获得加热后的生成物；

将所述加热后的生成物涂抹在泡沫镍、铜箔或铝箔上，用压片机压制，完成制备。

本发明的进一步改进在于，所述可膨胀石墨的粒径为100～300目。