[发明专利]高功率纽扣式超级电容器电极的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及纽扣式超级电容器领域，具体涉及到一种高功率纽扣式超级电容器电极的制备方法及其应用。本发明高功率纽扣式超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：将活性炭、导电炭进行高温除水；将活性炭、导电炭按照一定的比例进行混合；将上一步的混合物与PTFE粉末按照一定的比例搅拌混合；将上一步的混合物通过高温进行处理；将高温处理后的产物使用气流粉碎机进行处理；将通过气流粉碎机处理后的物料加入到成膜机中，通过高温辊压成极片；在压制的极片表面进行打孔；将石墨烯导电浆料均匀的涂覆在极片表面；将涂覆石墨烯的多层极片进行辊压合一；将极片冲切好规格尺寸。本发明将超级电容器的电极的基层金属替换为高分子材料，韧性强，需要经过多次对叠辊压的操作，提高了吸液性能；制备出的电极收成卷而不是一片一片，使得极片加工可以适用自动化生产；制作原料没有乙醇的添加，即降低了成本又减少了潜在风险。

领域技术

本发明涉及纽扣式超级电容器领域，具体涉及到一种高功率纽扣式超级电容器电极的制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器是一类新型储能设备，其原理是基于多孔碳、导电高分子等，在电极表面-电解质界面进行快速充放电来实现对能量的存储。超级电容器的出现填补了传统电容器与电池之间的空白，相较于传统的电容器，超级电容器具有明显的容量优势，同体积的情况下，超级电容器的容量可以达到传统电容器的数千倍，而相比于电池超级电容器的功率密度可以达到锂电池的数百到数千倍。因此，超级电容器在很多领域都有广泛的应用前景。

目前市面上销售的超级电容器大部分为双电层超级电容器，根据其外观主要分为扣式与柱式两类。扣式超级电容器是一类小型化的超级电容器，不同于柱式超级电容器的高性能，相同容量的情况下，柱式超级电容器的脉冲电流与功率密度均远高于扣式超级电容器，因此扣式电容器主要应用于RTC等一些对元器件体积有严格限制的应用上。对比扣式与柱式超级电容器的结构进行分析，因受限于结构原因扣式产品的极片通常较厚，极片的电阻率较高，在功率充放电及瞬时功率上扣式电容与柱式产品性能差距较大。

根据超级电容器瞬时功率的计算公式我们可得，超级电容器的瞬时功率受到电压与内阻的影响，对于提升器件的功率密度可以通过提升器件的电压与降低内阻来实现。目前商业化的电解液的电压通常在2.5~3.3V之间，在短时间内通过提升电解液的电压窗口，来提升超级电容器功率较为困难，通过降低扣式产品的内阻，来实现提高器件的瞬时功率是一个可行的路径，根据电阻的计算公式可得知，极片的电阻主要受到材料的电阻率、极片的厚度与截面面积的影响，对于降低材料的电阻率，在不考虑极片制备工艺的前提下可以通过：1）提高导电炭的用量；2）提要活性炭本身的电导率；对于方法1，目前制备扣式极片使用导电炭的主要是科琴黑，材料的电导率较高，若通过增加导电炭的使用量来降低内阻，一方面会造成产品容量的下降，另一方面增加电极加工的难度。对于方法2，提高活性炭的电导率，虽有大量的文章报道，通过添加催化剂与提高碳化温度来提升材料的电导率，但受限生产成本与对材料综合性能的影响，通过此方法来提升极片的电导率可行性较低。对于极片的厚度与截面面积，受限于扣式超级电容器有限的空间，改变极片的外形结构较为困难。受三明治结构的启发，通过将导电性高的浆料填充进极片中间，在通过将极片打孔，让多层极片间的导电浆料连接在一起，增加极片的整体导电性能。

石墨烯是由 sp²杂化的碳原子组成的六角形蜂窝结构的二维纳米材料。具有优良的电子迁移率（2.53×10⁵cm²V^-1s⁻¹）、良好的热导率（5000 W mK^-1）和较高的理论比表面积（2630 m²g^-1）。石墨烯导电浆料的电阻率很低（≈0.1mΩ mm），作为导电剂填充进极片结构中，可以充分提高电极的导电性，并且由于石墨烯的理论比电容为550 F·g⁻¹，使用石墨烯导电浆料对产品的整体容量会有少量的提升作用。