CN101226830A - 一种电化学电容器电极及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电化学电容器电极及其制造方法，包括导电集流体载体、储能部分和电极物质，所述的电极物质包括活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于：电极物质还含有石墨纤维丝，电极物质各组份配比及重量百分比含量为：活性物质83～89％、导电剂5～9％、粘结剂4～6％、石墨纤维丝0.5～2％。其制造方法特征在于：把活性物质、导电剂、石墨纤维丝按比例搅拌混料，然后加去离子水和粘结剂再搅拌，接着定形至所需要的尺寸、厚度，并切片，再放入烘箱中烘干，最后按要求将切片附着在电极的导电集流体上。本发明采用了石墨纤维丝作为电化学电容器的支撑结构，具有强度高、重量轻的特点，并添加了导电性，还提高了电极物质的机械强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电容器，特别是公开一种电化学电容器电极及其制造方法。
背景技术
目前电化学电容器(EC)或超级电容器的技术水平已经达到一定的高度，要想有新的进步除非是材料上的突破。所以研究重点也转移到了EC的结构稳定性和耐久性方面，以着眼于产业化和规模化的应用。EC通常的电极一般由电极集流体作为载体，电极物质作为储能部分，电极物质包括活性物质、导电剂、粘结剂，不管哪一种体系，目前最流行的活性物质都是活性炭或碳纳米管，导电剂是导电碳黑或石墨，这些活性材料一般都是粉末状，很难成形，即使成形后，其机械强度以及在电解质中的表现都令人失望，这也是EC存在的一大难题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服电极机械强度不足，降低电极物质成形难度的一种电极制造方法，同时改善电极的导电性，公开一种电化学电容器电极及其制造方法。
本发明是这样实现的：一种电化学电容器电极，包括导电集流体载体、储能部分和电极物质，所述的电极物质包括活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于：电极物质还含有石墨纤维丝，电极物质各组份配比及重量百分比含量为：活性物质83～89％、导电剂5～9％、粘结剂4～6％、石墨纤维丝0.5～2％。所述的石墨纤维丝长度为0.5～5mm，直径为0.01～0.5mm，其表面为石墨结构，内部为纤维结构。所述的石墨纤维丝在电极物质中是无序状呈缠绕、搭接的类网状结构。所述的导电集流体载体在镍箔、镍网、镍带、铜箔、铜网、铜带、不锈钢箔、不锈钢网、不锈钢带、冲孔钢带或毛刺钢带中选择一种。所述的活性物质为活性炭、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或其混合物。所述的导电剂是碳黑、天然石墨、人造石墨中的一种或其混合物。所述的粘结剂是聚四氟乙烯、偏四氟乙烯中的一种或其混合物。
本发明电化学电容器电极的制造方法如下：
各组分含量为：活性物质含量为83～89％，导电剂含量为5～9％，粘结剂的含量为4～6％；石墨纤维丝含量为0.5～2％。
把活性物质、导电剂、石墨纤维丝按照比例以干态放入混料器皿中，采用电动密封搅拌进行原料初混，搅拌速度为300转/分钟，混料时间20～30分钟；每混料5分钟需要将搅拌方向改变。
这一过程除了使三种原料均匀混合之外，还有另外一个目的，就是使三种原料产生亲和性。通常的EC电极原料只有活性炭和导电碳黑，这是两种纯粉体材料，其混合只需要高速搅拌一定时间就可以达到均匀，然而本发明中有三种原料，而且有一种纤维状，很难分布均匀，所以必须以干粉状态进行高速搅拌并保持一定的时间。
将初混后的原料转移至新的器皿，然后添加一定比例的去离子水和粘结剂，沿着单一方向搅拌，不允许改变方向，搅拌速度为50～60转/分钟，搅拌时间15～20分钟；搅拌完成后转移至活性物质成形工作台。
本步骤所起的作用除了混料均匀之外还需要石墨纤维丝进行缠绕、搭接，所以搅拌搅拌方向不允许改变。
将电极物质定形至所需要的尺寸、厚度，并切片。放入烘箱中烘干，烘箱温度120℃，放置时间5～6h；烘干后按要求将切片附着在电极的导电集流体上，电极制作即完成。
本发明的效果在于：由于添加量只有0.5～2％，添加有石墨纤维丝的电极中活性物质等其它组分的含量并没有受到影响，并不会影响EC的储能指标，反而会提高电极的导电性，对EC的循环寿命有正叠加。
本发明的有益效果是：本发明中采用了经过高温处理并功能化而得的石墨纤维丝，这种材料的前体是由聚丙烯
类为原料制成的碳纤维丝，碳纤维丝具具有强度高、重量轻的特点，碳纤维丝以其优越的性能已经被广泛应用到各个领域。由其石墨化以后部分保留了其特性，并添加了导电性。石墨纤维丝均匀分布在电极物质中，并互相缠绕、搭接，使电极物质的机械强度提高3～8倍。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1：
电极集流体采用冲孔钢带，尺寸70mm×90mm；活性炭采用比表面积为1800m2/g、粒度为200目的椰壳活性炭；导电剂采用导电碳黑，粒度为800目；粘结剂采用聚四氟乙烯乳液，浓度为60％。首先，把活性碳、导电剂、石墨纤维丝分别以干态添加890g、60g、10g到混料器皿中，密封；然后采用电动搅拌机混料，搅拌速度为300转/分钟，混料时间25分钟；将混合后的原料转移至新的器皿。添加去离子水2670g，聚四氟乙烯乳液67g，沿着顺时针方向搅拌，不允许改变方向，搅拌速度为60转/分钟，搅拌时间20分钟；搅拌完成后转移至活性物质成形工作台；将电极物质用压片机压制成厚度为0.5mm的薄片，用刀裁减成50×70mm大小，放入烘箱中烘干，烘箱温度120℃，放置时间5h；烘干后按要要求将切片附着在电极的导电集流体上，然后用压片机压紧。电极制作即完成，此种电极可以作为无机体系下高能量型EC的电极使用。
实施例2：
电极集流体采用镍箔，尺寸70mm×90mm；活性炭采用比表面积为1800m2/g、粒度为200目的椰壳活性炭；导电剂采用导电碳黑，粒度为800目；粘结剂采用偏四氟乙烯乳液，浓度为60％。首先，把活性碳、导电剂、石墨纤维丝分别以干态添加830g、90g、20g到混料器皿中，密封；然后采用电动搅拌机混料，搅拌速度为300转/分钟，混料时间30分钟；将混合后的原料转移至新的器皿。添加去离子水2490g，偏四氟乙烯乳液100g，沿着顺时针方向搅拌，不允许改变方向，搅拌速度为60转/分钟，搅拌时间15分钟；搅拌完成后转移至活性物质成形工作台；将电极物质用压片机压制成厚度为1.0mm的薄片，用刀裁减成50×70mm大小，放入烘箱中烘干，烘箱温度120℃，放置时间5h；烘干后按要要求将切片附着在电极的导电集流体上，然后用压片机压紧。电极制作即完成，此种电极可以作为无机体系下功率型EC的电极使用。
Claims (8)
1.一种电化学电容器电极，包括导电集流体载体、储能部分和电极物质，所述的电极物质包括活性物质、导电剂和粘结剂，其特征在于：电极物质还含有石墨纤维丝，电极物质各组份配比及重量百分比含量为：活性物质83～89％、导电剂5～9％、粘结剂4～6％、石墨纤维丝0.5～2％。
2.根据权利要求1所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的石墨纤维丝长度为0.5～5mm，直径为0.01～0.5mm，其表面为石墨结构，内部为纤维结构。
3.根据权利要求1或2所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的石墨纤维丝在电极物质中是无序状呈缠绕、搭接的类网状结构。
4.根据权利要求1所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的导电集流体载体在镍箔、镍网、镍带、铜箔、铜网、铜带、不锈钢箔、不锈钢网、不锈钢带、冲孔钢带或毛刺钢带中选择一种。
5.根据权利要求1所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的活性物质为活性炭、碳纳米管、碳气凝胶中的一种或其混合物。
6.根据权利要求1所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的导电剂是碳黑、天然石墨、人造石墨中的一种或其混合物。
7.根据权利要求1所述的电化学电容器电极，其特征在于：所述的粘结剂是聚四氟乙烯、偏四氟乙烯中的一种或其混合物。
8.一种权利要求1～7中任意一项所述电化学电容器电极的制造方法，其特征在于：把活性物质、导电剂、石墨纤维丝按照比例以干态放入混料器皿中，采用电动密封搅拌混料，搅拌速度为300转/分钟，混料时间20～30分钟；将混合后的料转移至新的器皿，然后添加一定比例的去离子水和粘结剂，然后搅拌，搅拌速度为50～60转/分钟，搅拌时间15～20分钟；搅拌完成后转移至活性物质成形工作台，将活性物质定形至所需要的尺寸、厚度，并切片，再放入烘箱中烘干，烘箱温度120℃，放置时间5～6h；烘干后按要求将切片附着在电极的导电集流体上。
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