一种超级电容器电极极片的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种超级电容电极极片的制备方法，属于超级电容技术领域。
背景技术
超级电容器是一种新型储能装置，集高能量密度、高功率密度、长寿命等特性于一身，此外它还具有免维护、高可靠性等优点，是一种兼备电容和电池特性的新型电子元件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电功率高、工作温度宽、可靠性好等优点，在能源、通讯、数码、电子、医疗、卫生、网络、汽车、军用等领域都有十分广泛的应用。
电极是超级电容器的核心组成部分，其是由电极极片按照一定的排列方式卷绕而成，因此电极的性能取决于极片上电极材料及极片的制备方法。中国专利200510033986.3公开了一种超级电容电极材料及极片的制备方法，包括制备料浆，涂布活性炭层，轧制等步骤。采用上述的制备方法具有以下问题：轧制时采用平压或冷压的方法，一次的压缩量较大，而且轧制压力很难控制，容易对活性炭质材料的涂覆层造成损伤，从而影响活性炭层的有效吸附性能，如果压力较大还会造成对金属集流体造成损伤；另外，最终制得的极片在制备超级电容时需要在极片上额外添加极耳，使用非常不方便，而且采用该极片的超级电容在使用时，在极片上产生的电流需要经过长长的极片纵向流动才能到达极耳上，从而增加了超级电容电极的内阻。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种超级电容电极极片的制备方法，以提高活性炭层紧密性和粘附强度。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种超级电容电极极片的制备方法，包括如下步骤：
一种超级电容电极极片的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将炭质活性材料、导电剂、粘结剂混合，以500～1500转/分钟高速搅拌3～10小时，静置24～36小时，得到电极浆料；
(2)将电极浆料在铝箔上进行涂布，在宽幅铝箔上纵向间隔涂布形成至少两个横向交替排列的涂炭部分和未涂炭部分，得到宽幅极片；
(3)将宽幅极片在80-160℃条件下干燥10-72小时；
(4)将干燥后的极片采用液压辊辊压，辊压分为三个阶段，每个阶段为多次辊压，具体步骤如下：[1]在室温、环境湿度为30-40％条件下，调整液压辊压强为7-16MPa进行第一阶段的辊压，总压缩量为35-40％，单次的压缩量为5-10％，根据总压缩量确定压缩次数；[2]在120-140℃、干燥条件下，调整液压辊压强为4-10MPa进行第二阶段的辊压，总压缩量为20-30％，单次压缩量为4-7％，根据总压缩量确定压缩次数；[3]在室温、干燥条件下，调整液压辊压强为2-6MPa，总压缩量为10-15％，单次压缩量为2-5％，根据总压缩量确定压缩次数；
(5)经过三个阶段的辊压处理后进行切分得到超级电容电极极片。
所述炭质活性材料、导电剂、粘结剂的重量配比为70-85∶6-11∶5-15。
所述导电剂为导电碳黑、乙炔黑、石墨、金属丝中的一种或者几种。
所述粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、酚醛树脂、聚酯、聚酰胺、丁二烯橡胶等的一种或几种。
步骤(2)所述铝箔的厚度为0.01-0.08mm，涂炭厚度为10-200μm。
所述宽幅极片上的涂炭宽度和未涂炭宽度为极片上涂炭宽度和极耳宽度的一倍或两倍。
所述辊压的速度为0.5-10m/min。
所述涂布的速度为20-75m/min。
步骤(2)所述涂布为采用具有烘箱的涂布机完成，设定涂布机的涂布张力为9.8-44.1牛顿，烘箱干燥张力为19.6-63.7牛顿。
本发明的超级电容电极极片的制备方法，采用纵向的间隙涂布方式，涂布后的宽幅极片干燥后可以得到多个极片，大大增加了生产的效率，并且通过对涂布过程中各参数的控制，既使极片达到较高的质量，保证电极厚度及电性能的均匀性，适合大规模生产；另外，本发明的轧制采用多布多次辊压的处理方法，一方面辊压的压力容易控制，另一方面每个阶段的辊压的总压缩量均有限制，避免了过度压缩对涂炭层和铝箔造成损伤，避免了涂炭层的有效吸附性能。在进行辊压压缩时，总压缩量及单次压缩量从第一阶段到第三阶段递减，使得极片上的涂炭层逐步被压缩，其紧密性得到了大大的提高，涂炭层的活性炭材料与铝箔结合牢固，不容易脱落，热稳定性好，因此提高了电极材料的粘附强度。另外，本发明在铝箔上预留的未涂炭部分作为极片的极耳，一方面简化了生产工艺，不需要在制备的极片上额外的添加极耳，另一方面长条形的极耳能够使在超级电容工作时，在极片上产生的电流直接通过横向旁侧地条形极耳即可流出超级电容，电流所流经的路程大大缩短，因此采用本发明方法得到的极片卷绕而成的超级电容电极具有较小的内阻，在超级电容使用过程中的发热量也随之减少，从而提高了超级电容的性能和使用寿命。
【附图说明】
图1为宽幅极片的示意图；
图2为最终极片的示意图；
图3为另一种宽幅极片的示意图。
【具体实施方式】
以下结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
本实施例的超级电容电极极片的制备方法如下：
(1)拌料
将炭质活性材料、导电碳黑、聚四氟乙烯按照70∶6∶5的重量配比混合，以500转/分钟高速搅拌3小时，此时混合物温度升至50℃，停止搅拌，用过滤袋过滤后，静止24小时，得到均匀的电极浆料；
(2)纵向间隙涂布
该步骤采用具有烘箱的涂布机完成，在涂布机的机头和机尾安装挡料板，将浆料分开，实现纵向电极浆料的间隙涂炭，如图1所示，在铝箔上形成多条纵向涂炭部分和未涂炭部分，该涂炭部分和未涂炭部分在铝箔上横向呈交替排列，涂炭宽度即为极片的涂炭宽度(图1中涂炭部分3的宽度与图2中极片上的涂炭部分4的宽度相同)；设定涂布机的涂布张力为9.8牛顿，烘箱干燥张力为19.6牛顿，可满足涂布过程中走带平稳，保证涂层厚度的均匀性；极片在涂布走带过程中通过涂布机烘箱部分进行干燥，设定涂布机上烘箱的温度，保证烘箱的中间温度高于烘箱两端的进出口附近的温度，即中间温度为80℃，两端的温度为40℃，以保证极片完全干透，且不起皱、涂炭层不脱落；其中铝箔的厚度为0.01mm，涂炭的厚度为10μm，且涂炭厚度公差在±1.5μm，宽度公差在±0.4mm，双面对齐的公差在±0.3mm；涂布的速度为20m/min；
(3)将涂布干燥过的宽幅极片，放置到鼓风干燥箱内，设定温度80℃之间干燥10小时，这样所得所得极片柔韧性好，涂覆牢固，且所制超级电容器内阻较小；
(4)辊压
将步骤(3)得到的单条极片进行辊压处理，本发明的辊压共分为三个阶段，每个阶段为多次辊压，具体如下：
每次辊压之前用无水酒精或者丙酮清洗过辊和压辊，并调整压辊之间缝隙，使左右缝隙宽度一致，然后穿带保证待压极片走带在一条直线上。辊压时的辊压速度为0.5m/min。
1、第一阶段：
在常温(25℃左右)、常压、环境湿度30％的条件下进行第一步辊压，涂炭层的总压缩量控制在35％，分7次压缩，单次压缩量应控制在5％，调整液压辊压强为7MPa；
2、第二阶段：
在温度120℃、常压、干燥的条件下进行第二步辊压，涂炭层的总压缩量控制在20％，分5次压缩，单次压缩量应控制在4％，调整液压辊压强为4MPa；
3、第三阶段：
在常温(25℃左右)、常压、干燥的条件下进行第三步辊压，涂炭层的总压缩量控制在10％，分5次压缩，单次压缩量应控制在2％，调整液压辊压强为2MPa。
经过辊压处理后进行切分得到成品的超级电容电极极片，切分的位置如图1中箭头所示，如图2所示，图中4未涂炭部分，未涂炭部分5为极片的极耳。
实施例2
本实施例的超级电容电极极片的制备方法如下：
(1)拌料
将炭质活性材料、乙炔黑和石墨、酚醛树脂按照78∶8∶10的重量配比混合，以1000转/分钟高速搅拌7小时，当混合物温度升高至54℃时，停止搅拌，用过滤袋过滤后，静止30小时，得到均匀的电极浆料；
(2)纵向间隙涂布
该步骤采用具有烘箱的涂布机完成，在涂布机的机头和机尾安装挡料板，将浆料分开，实现纵向电极浆料的间隙涂炭，如图1所示，在铝箔上形成多条纵向涂炭部分和未涂炭部分，该涂炭部分和未涂炭部分在铝箔上横向呈交替排列，涂炭宽度即为极片的涂炭宽度(图1中涂炭部分3的宽度与图2中极片上的涂炭部分4的宽度相同)；设定涂布机的涂布张力为27.3牛顿，烘箱干燥张力为40.6牛顿，可满足涂布过程中走带平稳，保证涂层厚度的均匀性；极片在涂布走带过程中通过涂布机烘箱部分进行干燥，设定涂布机上烘箱的温度，保证烘箱的中间温度高于烘箱两端的进出口附近的温度，即中间温度为100℃，两端的温度为65℃，以保证极片完全干透，且不起皱、涂炭层不脱落；其中铝箔的厚度为0.05mm，涂炭的厚度为100μm，且涂炭厚度公差在±1.5μm，宽度公差在±0.4mm，双面对齐的公差在±0.3mm；涂布的速度为46m/min；
(3)将涂布干燥过的宽幅极片，放置到鼓风干燥箱内，设定温度120℃之间干燥40小时；
(4)辊压
将步骤(3)得到的单条极片进行辊压处理，本发明的辊压共分为三个阶段，每个阶段为多次辊压，具体如下：
每次辊压之前用无水酒精或者丙酮清洗过辊和压辊，并调整压辊之间缝隙，使左右缝隙宽度一致，然后穿带保证待压极片走带在一条直线上。辊压时的辊压速度为5.6m/min。
1、第一阶段：
在常温(25℃左右)、常压、环境湿度35％的条件下进行第一步辊压，涂炭层的总压缩量控制在40％，分4次压缩，单次压缩量应控制在10％，调整液压辊压强为12MPa；
2、第二阶段：
在温度130℃、常压、干燥的条件下进行第二步辊压，涂炭层的总压缩量控制在28％，分4次压缩，单次压缩量应控制在7％，调整液压辊压强为7MPa；
3、第三阶段：
在常温(25℃左右)、常压、干燥的条件下进行第三步辊压，涂炭层的总压缩量控制在15％，分3次压缩，单次压缩量应控制在5％，调整液压辊压强为4MPa。
经过辊压处理后进行切分得到成品的超级电容电极极片，切分的位置如图1中箭头所示，如图2所示，图中4未涂炭部分，未涂炭部分5为极片的极耳。
实施例3
本实施例的超级电容电极极片的制备方法如下：
(1)拌料
将炭质活性材料、石墨、丁二烯橡胶按照85∶11∶15的重量配比混合，以1500转/分钟高速搅拌10小时，当混合物温度升高至60℃时，停止搅拌，用过滤袋过滤后，静止36小时，得到均匀的电极浆料；
(2)纵向间隙涂布
该步骤采用具有烘箱的涂布机完成，在涂布机的机头和机尾安装挡料板，将浆料分开，实现纵向电极浆料的间隙涂炭，如图1所示，在铝箔上形成多条纵向涂炭部分和未涂炭部分，该涂炭部分和未涂炭部分在铝箔上横向呈交替排列，涂炭宽度即为极片的涂炭宽度(图1中涂炭部分3的宽度与图2中极片上的涂炭部分4的宽度相同)；设定涂布机的涂布张力为44.1牛顿，烘箱干燥张力为63.7牛顿，可满足涂布过程中走带平稳，保证涂层厚度的均匀性；极片在涂布走带过程中通过涂布机烘箱部分进行干燥，设定涂布机上烘箱的温度，保证烘箱的中间温度高于烘箱两端的进出口附近的温度，即中间温度为120℃，两端的温度为90℃，以保证极片完全干透，且不起皱、涂炭层不脱落；其中铝箔的厚度为0.08mm，涂炭的厚度为200μm，且涂炭厚度公差在±1.5μm，宽度公差在±0.4mm，双面对齐的公差在±0.3mm；涂布的速度为75m/min；
(3)将涂布干燥过的宽幅极片，放置到鼓风干燥箱内，设定温度160℃之间干燥72小时；
(4)辊压
将步骤(3)得到的单条极片进行辊压处理，本发明的辊压共分为三个阶段，每个阶段为多次辊压，具体如下：
每次辊压之前用无水酒精或者丙酮清洗过辊和压辊，并调整压辊之间缝隙，使左右缝隙宽度一致，然后穿带保证待压极片走带在一条直线上。辊压时的辊压速度为10m/min。
1、第一阶段：
在常温(25℃左右)、常压、环境湿度40％的条件下进行第一步辊压，涂炭层的总压缩量控制在37％，分多次压缩，单次压缩量应控制在7.4％，调整液压辊压强为16MPa；
2、第二阶段：
在温度140℃、常压、干燥的条件下进行第二步辊压，涂炭层的总压缩量控制在30％，分5次压缩，单次压缩量应控制在6％，调整液压辊压强为10MPa；
3、第三阶段：
在常温(25℃左右)、常压、干燥的条件下进行第三步辊压，涂炭层的总压缩量控制在12％，分3次压缩，单次压缩量应控制在4％，调整液压辊压强为6MPa。
经过辊压处理后进行切分得到成品的超级电容电极极片，切分的位置如图1中箭头所示，如图2所示，图中4未涂炭部分，未涂炭部分5为极片的极耳，本发明制备的极片的极耳的面积较大，在超级电容工作过程中电流只需要通过涂炭部分旁侧的极耳流出超级电容，相比以前的再极片上额外添加极耳，电流只需要通过极片宽度的较短路程即可流出超级电容，因此采用本发明制备的极片制成的超级电容电极具有较小的内阻。
在本发明的超级电容电极极片的制备方法中，在铝箔上涂覆的涂炭部分的宽度可以为最终极片上涂炭部分宽度的两倍，同时铝箔上的未涂炭部分的宽度为最终极片的极耳宽度的两倍，如图3所示，图中涂炭部分6及未涂炭部分7的宽度为图2中涂炭部分4及未涂炭部分5宽度的两倍，采用这种辊压后的宽幅极片在切分时，切分部位如图3中箭头所指的部位，同样能够实现本发明的目的，完成极片的制备。而且在宽幅极片的横向两端预留有未涂炭部分，该未涂炭部分的宽度为极片极耳宽度在加上2-15mm，如图1、3中1所示，便于生产制造。