专利名称：一种超级电容器的制作方法
技术领域：
本发明属于新能源储能技术领域，涉及超级电容器，具体涉及一种超级电容器的制作方法。
背景技术：
超级电容器的两个重要部分是电极和电解液，其储能原理是在电极与电解液界面形成双电荷层来积蓄电荷，储存能量。为了提高能量密度，电极的活性材料通常选用活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯、膨化石墨、金属氧化物和导电聚合物等，为了使超级电容器长寿命高效率充放电，集电极一般选用耐化学和电化学腐蚀的高纯铝、不锈钢和镍等材料，还通常在集电极上粘结金属和石墨等低阻抗涂层。电解液有水溶性电解液和有机电解液，其中有机电解液的工作电压高，存储的能量多，但由于电容器单元内部有水分存在，超级电容器在充电时引起水分解将使超级电容器性能劣化，因此使用有机电解液的超级电容器必须对电极充分除水，通常采取高温真空除水。电极中的活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯、膨化石墨、金属氧化物和导电聚合物等活性材料，通常为粉末状，与橡胶类粘结剂溶液和水混合，活性材料和导电材料分散在橡胶类粘结剂溶液和水中，制成浆料，形成极片，涂于集电极上，干燥制成电极，但由于这种方法的粘结力弱，极片与集电极间粘结强度小，将电极进一步加工制成超级电容器后，产品在大电流高频率充放电过程中，极片会与集电极逐渐分离剥落，使超级电容器产品的性能严重劣化。
发明内容
针对目前超级电容器生产技术存在的问题，本发明提供一种超级电容器的制作方法，解决集电极与极片间粘结强度小及极片内部粘结强度小等问题。本发明中极片由活性材料、导电材料和复合粘结剂溶液构成，极片与金属集电极形成一体，构成超级电容器的电极，将电极加工成一定尺寸后，连接上引线，在两个电极中间夹入隔极膜卷绕成一定尺寸的芯子，真空干燥，加入有机电解液后封装制成超级电容器。实现本发明目的的技术方案是
(1)准备集电极选取原料金属铝或铝合金经过表面交流腐蚀粗糙化处理后，作为集电
极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，其中按质量百分比，粘结剂溶液含量为0. 5-10%，活性材料为 80-97. 5%，导电材料为2-10%，然后将上述混合物压制成厚度为30-150 μ m的极片；其中所述的复合粘结剂溶液为具有通式(1)结构的物质和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂，溶解在水、乙醇、异丙醇或丙酮中形成的溶液，按重量比，通式(1)的物质为80-95%，聚四氟乙烯为5-20%，通式(1)的物质结构为
R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=l_100， y=l-100, R=NHCH2CH2NH2, R1= OH 或 OCH3(3)制备电极将集电极表面涂覆一层导电胶，将极片粘附在集电极的一面或两面，形成电极；
(4)制备芯子将两张尺寸相同的电极连接引线后，在其中夹入1(Γ 00μπι厚的隔极膜，卷绕成直径为Φ3-Φ65πιπι高度为5-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥8_72 小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2.7V直流电压下通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品。其中所述的作为集电极的原料金属铝或铝合金的纯度至少为99. 9wt%，铜含量 0. 005wt%以下。集电极进行表面粗糙划处理，是为了与极片接触良好。本发明的极片中复合粘结剂的含量为0. 5-10%，其余为活性材料和导电材料，其中复合粘结剂含量为0. 5%及以上极片就能达到所需极片的强度，但是复合粘结剂含量过高极片电阻变大，最好为1. 5-5%。所述的活性材料选用活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯或膨化石墨其中的一种或一种以上任意比例混合的组合物，其中活性碳的比表面积为800-3000m2/g，炭黑比表面积为 100-600 m2/g,碳纳米管的比表面积为200-600m2/g，石墨烯的比表面积为500-1500 m2/ g,膨化石墨比表面积为100-300m2/g。所述的导电材料为石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均为0. 1-2 μ m。所述的导电胶为石墨导电胶、铜粉导电胶或银粉导电胶。所述的隔极膜为纤维素纸、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亚胺，隔极膜的孔隙率为60-95%，厚度 10-100 μ m,孔径 0. 05-0. 2 μ m。所述的有机电解液是离解性的盐Ii1Ii2R3R4NY或Ii1Ii2R3R4NPY溶解在有机溶剂中形成有机电解液，R1 R2 R3 R4为相同烷基或不同烷基，Y为BF;、PF6- C104_或CF3SO3^阴离子；所述的有机溶剂是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、乙腈或四氢呋喃，或一种以上以任意比例混合形成的混合溶剂。与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是
现有的超级电容器电极制作时，通常采用聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯中的一种或一种以上成分组成作为粘结剂，采用这些粘结剂液制作的电极极片机械强度弱，不利于连续化工业生产；而本发明的核心就在于采用通式为Wt^1SiCK CH3 { SiO ( CH3) 2) x — { RSiOCH3 ) y —Si( CH3) 2 R1和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂，制作的电极柔软、机械强度大，易于连续化生产；对本发明的超级电容器在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下进行充放电周期实验，2万次后容量保持率在 92%以上，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率在 86%以上，这说明本发明的超级电容器具有良好的电容稳定性和较长的循环寿命。
具体实施例方式本发明所采用原料通式(1)的物质来自渤海大学精细化研究所，其余原材料产品为市售产品。实施例1
4本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而
成
R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — { RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=2, y=2, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
复合粘结剂中各组分含量按质量比，通式(1)的物质为80%，聚四氟乙烯20%。(1)准备集电极将金属铝表面交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为30 μ m，粗糙度单侧厚度为3μπι的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，再将复合粘结剂溶解在异丙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为5%，活性材料为87%，导电材料为8%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为100 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的一侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后， 在其中间夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用纤维素纸，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为 0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ35πιπι，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压下通电10h，最后装入圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V600F的超级电容器产品。所述的的集电极采用的原料是纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属银。本实施例选用的活性材料为电化学性能稳定的活性炭，比表面积为1800m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸丁烯酯溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制备的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为93%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为86% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例2
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x —( RSiOCH3 } y 一Si( CH3) 2 R1 (1) x=5，y=5, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为85%，聚四氟乙烯15%。(1)准备集电极将铝合金表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为30 μ m,粗糙度单侧厚度为3 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在水中分散均勻， 形成复合粘结剂，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比， 复合粘结剂含量为4%，活性材料为89%，导电材料为7%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为100 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，在其中间夹入50 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用纤维素纸，隔极膜的孔隙率为80%，厚度为50 μ m,孔径为0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ 20mm，高度为40mm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48 小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V100F的超级电容器产品。本实施例的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的铝合金。本实施例选用的活性材料为电化学性能稳定的活性炭，比表面积为1800m2/g。选用的导电材料为乙炔黑，粒度为1 μ m。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二甲酯溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为93%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为87% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例3
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=10, y=10, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为85%，聚四氟乙烯15%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度单侧厚度为2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，再将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为4%，活性材料为88%，导电材料为8%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，在其中间夹入40 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚酰亚胺，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为 0. 05 μ m，卷绕成直径为φ 50mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V2000F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的金属铝。
所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭，比表面积为1800m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的环丁砜溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制备的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例4
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=50, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OH
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为90%，聚四氟乙烯10%。(1)准备集电极将铝合金表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧2μπι的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为0. 5%，活性材料为97. 5%，导电材料为2%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为120 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层铜粉导电胶，将极片粘附在集电极的一侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，夹入20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚丙烯聚乙烯复合膜，隔极膜的孔隙率为95%，孔径为0. Ιμπι，卷绕成直径为Φ 50mm，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压下通电10h，最后装入圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1200F的超级电容器产品。所述集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005wt%以下的铝合金。所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭和碳纳米管的混合物，活性炭和碳纳米管质量比为8:2，活性炭比表面积为2000 m2/g，碳纳米管比表面积为400m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的碳酸二甲脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C 的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例5
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60、y=60、R=NHCH2CH2NH2 R1= OH
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为90%，聚四氟乙烯10%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度单侧厚度为2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在丙酮中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为4%，活性材料为88%，导电材料为8%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为80 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层银粉导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间夹入10 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚乙烯，隔极膜的孔隙率为60%，孔径为0. 2 μ m， 卷绕成直径为Φ 3mm，高度为6mm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V350F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的石墨烯，石墨烯的比表面积为1500 m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NBF4的四氢呋喃溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例6
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=50, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为90%，聚四氟乙烯10%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m，粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为4%，活性材料为88%，导电材料为8%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为 100 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的双侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述带状电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后向其中间夹入20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚四氟乙烯，隔极膜的孔隙率为80%，孔径为0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ25πιπι，高度为IOOmm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1000F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭和碳纳米管的混合物，活性炭和碳纳米管质量比为8:2，活性炭比表面积为2000 m2/g，碳纳米管比表面积为400m2/g。选用的导电材料为乙炔黑，粒度为0. 1 μ m。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5)NBF4的乙腈、碳酸丙烯脂、碳酸乙烯脂、碳酸二乙酯、碳酸二甲脂按体积比1:1:1:1:1混合的溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C 的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例7
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=40, y=50, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为90%，聚四氟乙烯10%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧2μπι的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为4%，活性材料为88%，导电材料为8%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为80 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间加入10 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚偏氟乙烯，隔极膜的孔隙率为90%，孔径为 0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ 20mm，高度为80mm的芯子，将此芯子在120°C下真空干燥48小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子，在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1000F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的碳纳米管和石墨烯的混合物，质量比为4:6， 碳纳米管的比表面积为200 m2/g，石墨烯的比表面积为1500 m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NCF3SO3的碳酸乙烯脂溶液。
在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例8
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60, y=60, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为90%，聚四氟乙烯10%。(1)准备集电极将金属铝表面进行交流腐蚀粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧厚度2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶液溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为0. 5%，活性材料为97. 5%，导电材料为2%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为150 μ m极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，夹入 20 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚氟乙烯，隔极膜的孔隙率为80%，厚度为20 μ m,孔径为0. 2 μ m，卷绕成直径为Φ 30mm,高度为IOOmm的芯子，将此芯子在100°C下真空干燥72小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压下通电10h，最后装入圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1500F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭、炭黑和膨化石墨的混合物，其质量比为1:2:7，活性炭比表面积为3000m2/g，炭黑的比表面积为600 m2/g，膨化石墨的比表面积为 100 m2/g。选用的导电材料为石墨，粒度为2μπι。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C2H5) NClO4的碳酸甲乙脂溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。实施例9
本实施例采用的复合粘结剂由具有通式(1)结构的物质与聚四氟乙烯混合而成 R1SiO ( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=60, y=70, R=NHCH2CH2NH2，R1= OCH3
复合粘结剂中各组分含量按质量比为通式(1)的物质为95%，聚四氟乙烯5%。
(1)准备集电极将金属铝表面进行粗糙化处理，得到厚度为20 μ m,粗糙度为单侧2 μ m的集电极；
(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶解在乙醇中分散均勻，形成复合粘结剂溶液，加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为10%，活性材料为80%，导电材料为10%，然后将上述混合物用辊机轧制成厚度为150 μ m的极片；
(3)制备电极将集电极表面涂覆一层石墨导电胶，将极片粘附在集电极的两侧表面， 形成带状电极；
(4)制备芯子将上述电极切成两张尺寸相同的电极，将两张电极铆接引线后，向其中间夹入100 μ m厚的隔极膜，隔极膜采用多孔聚丙烯，隔极膜的孔隙率为60%，孔径为 0. 05 μ m，卷绕成直径为Φ65πιπι，高度为165mm的芯子，将此芯子在150°C下真空干燥8小时；
(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，将浸渍有机电解液后的芯子在50°C 外加2. 7V直流电压通电10h，最后装于圆形铝壳中，正负极采用激光机分别焊接在铝壳上下两端后封口，得到额定工作电压2. 7V1200F的超级电容器产品。所述的集电极采用纯度在99. 9wt%以上，铜含量在0. 005%以下的金属铝。所述的活性材料为电化学性能稳定的活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯和膨化石墨的混合物，质量比1:1:1:1:1，其中活性炭比表面积为2000 m2/g，炭黑比表面积为500 m2/ g，碳纳米管200 m2/g，石墨烯比表面积1500 m2/g，膨化石墨比表面积100 m2/g。选用的导电材料为炭黑，粒度为1 μ m。选用的有机电解液为1. Omol/L的(C3H8)NPF6的碳酸二乙脂溶液、碳酸甲乙脂和四氢呋喃按照体积比1:1:1混合的溶液。在环境温度为50°C，直流电压从2. 7V到1. 35V，电流为20A的条件下对本实施例制作的超级电容器进行充放电周期实验，2万次后容量保持率为92%，在周围温度为65°C的条件下进行同样的充放电周期实验，1万次后容量保持率为88% ；当用刀分开金属铝集电极与极片时，在集电极一侧残留多量的活性物质。
权利要求
1.一种超级电容器的制作方法，其特征在于按照以下步骤进行(1)准备集电极选取原料金属铝或铝合金经过表面交流腐蚀粗糙化处理后，作为集电极；(2)制备极片将活性材料和导电材料混合均勻，将复合粘结剂溶液加入到上述混合好的材料中分散均勻，形成混合物，其中按质量百分比，复合粘结剂含量为0. 5-10%，活性材料为80-97. 5%，导电材料为2-10%，然后将上述混合物压制成厚度为30-150 μ m的极片；其中所述的复合粘结剂溶液为具有通式(1)结构的物质和聚四氟乙烯混合形成的复合粘结剂， 溶解在水、乙醇、异丙醇或丙酮中形成的溶液，按重量比，通式(1)的物质为80-95%，聚四氟乙烯为5-20%，通式(1)的物质结构为R1SiO( CH3 { SiO ( CH3) 2) x — ( RSiOCH3 } y —Si( CH3) 2 R1 (1) x=l_100， y=l-100, R=NHCH2CH2NH2, R1= OH 或 OCH3(3)制备电极将集电极表面涂覆一层导电胶，将极片粘附在集电极的一面或两面，形成电极；(4)制备芯子将两张尺寸相同的电极连接引线后，在其中夹入1(Γ 00μπι厚的隔极膜，卷绕成直径为Φ3-Φ65πιπι高度为5-165mm的芯子，然后在100-150°C下真空干燥8_72 小时；(5)封装将芯子在真空条件下浸渍有机电解液，然后在50°C外加2.7V直流电压下通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品。
2.根据权利要求1所述一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的作为集电极的原料金属铝或铝合金的纯度至少为99. 9wt%，铜含量0. 005wt%以下。
3.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的活性材料选用活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨烯或膨化石墨其中的一种或一种以上任意比例混合的组合物，其中活性碳的比表面积为800-3000m2/g，炭黑比表面积为100-600 m2/g,碳纳米管的比表面积为200-600m2/g，石墨烯的比表面积为500-1500 m2/g,膨化石墨比表面积为 100-300m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的导电材料为石墨、炭黑或乙炔黑，粒度均为0. 1-2 μ m。
5.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的导电胶为石墨导电胶、铜粉导电胶或银粉导电胶。
6.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的隔极膜为纤维素纸、多孔聚丙烯、多孔聚四氟乙烯、多孔聚偏氟乙烯、多孔聚乙烯、多孔聚丙烯聚乙烯覆合膜或多孔聚酰亚胺，隔极膜的孔隙率为60-95%，厚度10-100 μ m,孔径0. 05-0. 2 μ m。
7.根据权利要求1所述的一种超级电容器的制作方法，其特征在于所述的有机电解液是离解性的盐I^1Ii2R3R4NY或R1Ii2R3R4NPY溶解在有机溶剂中形成有机电解液，R1 R2 R3 R4为相同烷基或不同烷基，Y为BFp PF6- ClO4-或CF3SO3-阴离子；所述的有机溶剂是碳酸丙烯酯、 碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、乙腈或四氢呋喃， 或一种以上以任意比例混合形成的混合溶剂。
全文摘要
一种超级电容器的制作方法，属于新能源储能技术领域。将金属集电极表面粗糙化处理，将活性材料、导电材料、复合粘接剂混合均匀，压成厚度在30-150μm的极片，将极片粘接在集电极表面，形成带状电极，将其切成两张相同尺寸电极，将两张电极铆接引线后，加入10~100μm厚的隔极膜，卷绕成芯子，于100-150℃真空干燥8-72小时，然后浸渍在有机电解液中，于50℃外加2.7V直流电压通电10h，最后封装于圆形铝壳中，得到超级电容器产品，其中复合粘结剂为具有R1SiO(CH3﹛SiO(CH3)2)x—﹛RSiOCH3﹜y—Si(CH3)2R1通式的物质与聚四氟乙烯的混合物。采用本发明的复合粘结剂制作的电极柔软，机械强度大，易于规模化连续生产，工作寿命有大幅提高。
文档编号H01G9/155GK102568861SQ20111045025
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘永久, 姚健勋, 常亮, 李文生 申请人:锦州凯美能源有限公司