超级电容器柔性电极的制备方法及其柔性电极和应用与流程

1.本发明涉及一种超级电容性电极领域，具体涉及到一种超级电容器柔性电极的制备方法及其柔性电极和应用。
2.

背景技术：

3.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，未来多功能消费电子产品需要更薄、更轻、更灵活、透明等新颖的功能和特点，因此，超级电容器在很多领域都有广泛的应用前景，包括医疗卫生、电动汽车、移动通讯、军工等领域，受到了世界各国的高度重视。
4.电极是超级电容器的核心器件，超级电容器的性能主要取决于电容器的电极的材料和结构。超级电容器主要依靠电极与电解质溶液的表面的反应来存储能量，因此超级电容器的极片对产品的性能的发挥起着关键的作用。目前极片的制备方式主要有以下步骤：1) 导电炭、活性炭、粘结剂混合打浆；2) 将浆料均匀的涂覆与铝箔表面3) 对极片进行高温烘烤；4) 极片收卷；目前使用的主流粘结剂为丁苯橡胶+羧甲基纤维素，使用的集流体为腐蚀铝箔，所制备的极片在分切过程中会出现掉料与崩边的问题，一方面会降低产品的寿命，另一方面可能会造成超级电容器的内部短路。
5.目前制备极片的集流体是腐蚀铝箔，无法进行反复折叠，仅能应用于刚性结构的超级电容器，无法适用于柔性超级电容器。
6.鉴于此，有必要提供一种新的超级电容器柔性极片及其制备方法来克服上述缺点。


技术实现要素：

7.本发明专利提供一种超级电容器柔性电极的制备方法及其柔性电极和应用，代替传统的腐蚀铝箔等集流体材料，相比于传统的腐蚀铝箔，碳纤维载体基体材料具有柔性能够折叠弯曲。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明超级电容器柔性电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：1)将柔性碳基载体进行清洗烘干；2)将粘结剂按照所需要的比例稀释成粘结剂溶液；3)将活性炭、导电炭进行搅拌混合成导电物料；4)将混合好的导电物料与粘结剂溶液按照比例要求进行混合，得到初步混合浆
料；5)将上一步所混合的初步混合浆料进行搅拌，将活性炭和导电炭均匀分散在粘结剂溶液中；6)将分散后的浆料进行研磨，得到电极浆料；7)将电极浆料涂覆于柔性碳基载体上形成电极极片；8)将上述涂覆有电极浆料的电极极片进行烘烤；9)最后得到烘烤后的成品电极极片，将成品电极极片收卷。
9.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，所述柔性碳基载体为碳纤维布。
10.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤1)中柔性碳基载体通过超声方式进行清洗，清洗使用丙酮和乙醇，清洗的温度为10~60℃，时间为5~20min。
11.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤2)中使用搅拌机将粘结剂稀释到质量分数为0.5~10%的水溶液。
12.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤3) 中活性炭、导电炭通过干混方式进行混合，干混的时间为8~16h。
13.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤4)中活性炭所占的质量比例为75~90%，导电炭所占质量比例为5~20%，粘结剂所占质量比例为4~15%。
14.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤5)中进行搅拌分散的温度为20~60℃，搅拌分散时间为2~7h，搅拌分散过程中分多次加入去离子水。
15.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤6)研磨后的电极浆料的固含量为8~30%。
16.根据上述超级电容器柔性电极的制备方法，步骤8)极片的电极烘烤温度为40~110℃。
17.本发明的相同技术方案下的另一保护内容，一种超级电容器柔性电极的制备方法制造出的柔性电极，该柔性电极的基体为柔性碳基载体，基体的表面涂覆有烘干的电极浆料。
18.本发明的相同技术方案下的另一保护内容，一种柔性电极的应用，将柔性电极作为超级电容器的电极极片，卷绕成电芯使用。
19.本发明技术方案通过碳纤维布作为集流体代替传统的腐蚀铝箔材料，相比于传统的腐蚀铝箔，碳纤维布具有柔性，，做成的电极极片能够弯曲，且弯曲时掉料与崩边概率低，能够有效提升超级电容器的使用寿命，避免掉料与崩边导致的电容器内部短路。
20.本发明中使用丙烯酸衍生多元共聚物作为粘结剂，代替传统的sbr+cmc粘结剂，丙烯酸衍生物多元共聚物水溶液分子量更高，溶胀度低、粘结力更强，可以显著的提高极片的柔性。
附图说明
21.图1是本发明制造方法的流程图。
22.图2是本发明制造方法制造出的成品极片图。
具体实施方式
23.下面对本发明的具体内容进行进一步的说明，本发明公开了一种超级电容器的柔性极片极制造该柔性极片的制造方法。
24.本发明超级电容器的柔性极片基体为柔性碳基载体，柔性碳基载体为碳纤维布，基体的表面涂有覆烘干的电极浆料。
25.本发明柔性极片极制造方法，本发明所用的原材料包括活性炭、导电炭、粘结剂、碳纤维布、去离子水、丙酮、乙醇。
26.柔性极片制造方法包括以下步骤：1)将碳布进行清洗并烘干；2)将稀释粘结剂到所需要的的比例；3)将活性炭，导电炭进行搅拌干混；4)将干混物料和粘结剂按照一定的比例混合；5)将上一步所混合的物质进行搅拌分散；6)将分散后的浆料进行研磨；7)将浆料涂覆于碳纤维布上，8)将涂覆的极片进行烘烤；9)将烘烤后的极片收卷。
27.以下由特定的具体实施参数进一步说明本发明的实施方式。
28.1)使用丙酮和乙醇对碳纤维布进行超声清洗，清洗的温度为10~60℃，时间为5~20min；2)将粘结剂按照所需要的比例加入去离子水进行稀释，稀释到质量分数为0.5~10%的粘结剂水溶液；3)将活性炭、导电炭进行搅拌干混，具体为在100~200℃范围下进行除水干混，时间为8~16h，混合得到导电物料；4)将混合好的导电物料与粘结剂溶液进行混合分散打浆，其中活性炭所占的质量比例为75~90%，质量导电炭所占比例为5~20%，粘结剂溶液质量所占比例为4~15%，得到初步混合浆料；5)将上一步所混合的初步混合浆料进行搅拌，将活性炭和导电炭均匀分散在粘结剂溶液中，搅拌分散的温度为20~60℃，时间为2~7h，打浆过程中分多次加入去离子水。
29.6)将分散后的浆料进行研磨，研磨次数为4~10次，得到电极浆料，研磨后的电极浆料的固含量为8~30%。
30.7)将电极浆料涂覆于柔性碳基载体上形成电极极片，涂布的速度需要控制在0.1~5m/s。
31.8)将上述涂覆有电极浆料的电极极片进行烘烤，烘烤温度为40~110℃；9)最后得到烘烤后的成品电极极片，将成品电极极片收卷。
32.本发明将柔性极片作为超级电容器的极片使用的实施例，将柔性极片卷绕呈电芯，按照超级电容器的制造方法将上述的电芯安放到超级电容器中，制造出柔性极片的超级电容器。
33.本发明制造的柔性极片是将碳纤维布作为集流体，以取代传统的具有腐蚀特性的
金属箔材片。本发明相比于传统的铝箔等金属箔材，碳纤维布具有柔性特征，做成的电极极片能够弯曲，而且弯曲时掉料与崩边概率能够显著低，对于提升超级电容器的使用寿命有明显的提升。而且在柔性的电机极片能够避免掉料与崩边导致的电极外漏，减少超级电容器内部的短路。
34.本发明中使用丙烯酸衍生多元共聚物作为粘结剂溶解于去离子水，代替传统的sbr+cmc粘结剂，丙烯酸衍生物多元共聚物水溶液分子量更高，溶胀度低、粘结力更强更好，制造出的柔性极片可以显著的提高柔性程度。在弯曲制造超级电容器的极片时，弯曲更容易。
35.从图2中可以看出本发明制造的柔性电机具有很好的柔性特征，弯曲后整体结构无明显掉料和破碎。
36.上述实例仅仅是本发明的一种优选方案，并不会对本发明形成任何限制，在权利要求书所描述的技术方案范围内还会有其他的变形。凡是在本发明的原则和精神基础上所作的改进、修改以及替换等，都应该受本发明的保护。