一种高孔隙率高电导率多孔电极、其批量制造工艺及采用该多孔电极的赝电式超级电容器制造技术

本发明专利技术涉及一种电极，特别涉及一种高孔隙率高电导率多孔电极、其批量制造工艺及采用该多孔电极的赝电式超级电容器。一种高孔隙率高电导率多孔电极，该多孔电极是由碳材料与粘结剂、成孔剂和分散剂混合后的浆料干燥后经分级多次辊压形成成型碳膜、烘烤得到，多孔电极呈三维网络多孔结构，孔径分布在0.1~50μm之间，多孔电极的厚度为0.3~5mm，孔隙率≥70%。该多孔电极具有较为特殊的微孔结构以及较高的孔隙率，孔径分布集中在几微米到50微米范围内，电极孔隙率达到70%以上。本发明专利技术的多孔电极为平面结构，具有柔韧性好，能弯曲的优点。而现有的各种电极由于电极材料致密、脆性大，因此具有孔径小、大孔孔隙率小，易碎的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种高孔隙率高电导率多孔电极、其批量制造工艺及采用该多孔电极的赝电式超级电容器
本专利技术涉及一种电极，特别涉及一种高孔隙率高电导率多孔电极、其批量制造工艺及采用该多孔电极的赝电式超级电容器。
技术介绍
随着全球气候变暖，资源缺乏，全世界各个国家和地区都在研发新的绿色环保型能源，而超级电容器生产所用的材料普遍为绿色环保。超级电容器由于具有广泛的应用前景和巨大的潜在市场而成为国际能源领域的研究热点。由于超级电容器具有充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点，有希望成为本世纪新型的绿色能源。正因为超级电容器的许多显著优势，在汽车(特别是电动汽车、混合燃料汽车和特殊载重车辆)、电力、铁路、通信、国防、消费性电子产品等方面有着巨大的应用价值和市场潜力，因而被世界各国所广泛关注。超级电容器在混合能源汽车中所起的作用十分重要。混合能源技术中有很多应用将使用替代能源，例如太阳能、风能或者燃料电池。但是由于能量来源本身的特性，决定了这些发电的方式往往具有不均匀性，电能输出容易发生变化。这就需要使用一种缓冲器来存储能量。在上述使用替代能源技术的汽车中，超级电容器是一种新型的关键部件。 在采用燃料电池供电的汽车中，如果结合使用超级电容器，那么燃料电池就可以满足持续供电需求，而不仅仅是峰值供电。除了能够满足峰值供电的需求外，超级电容器还具有其他元件无法比拟的响应时间。将超级电容器的强大性能和燃料电池结合起来，可以得到尺寸更小、重量更轻、价格更低廉的燃料电池系统。 超级电容器还可以与氢燃料电池完美结合，使正处于研发阶段的氢燃料电池能够应用于多个领域。例如氢燃料电池汽车，由于在加速过程中需要的能量比匀速行驶时要高得多。如果没有能量存储器，氢燃料电池就要做得很大，以满足最高的峰值能量需求，其成本就会大得无法忍受。通过将过剩的能量存储在能量存储器中，就可以在短时间内通过存储器提供所需的峰值能量。 超级电容器在电动客车中的作用尤为巨大。鉴于无轨电车架空线的“视觉污染”以及“机动性差”、“规划困难”三大难题，致使无轨电车在我国日益遭遇冷落。但由于石油紧张和汽车尾气排放带来的能源危机和环境污染问题日益凸现，使用汽车也非理想选择，致使城市公共交通的发展陷入了两难的尴尬境地。而超级电容公交电车的出现，有效解决了这一难题。超级电容器已成为改善传统电车缺陷，发挥其零排放、节能、低成本、低噪音等优点的一种先进的储能装置。超级电容公交电车是以超级电容器为动力电源的新型节能电车，车辆保持了无轨电车的优点，没有任何排放，同时无轨无线，完全满足了现代化绿色环保公交的需要。 新能源汽车是全球汽车行业重点关注的领域，超级电容是其要害部件。 超级电容器主要分为双电层型超级电容器和氧化还原型超级电容器。利用双电层电容的超级电容器能量密度太小。通过材料表面的电化学过程来获得高容量的赝电容超级电容器本质上也是依靠电化学过程储能，与蓄电池(例如锂离子电池)本质上相似，所以基于赝电容的超级电容器可视为极高比功率且长寿命的蓄电池。目前已有的赝电容的产生形式有:(1)电极的表面化学吸脱附和欠电势沉积；(2)电极表面氧化物薄膜如Ru02、Ir02、Cr304的氧化还原反应；(3)导电聚合物的掺杂和去掺杂；(4)锂离子的表面嵌入-脱出。但现有各类型的赝电容超级电容器分别存在循环寿命差，价格昂贵等问题，尚不能满足实用化的要求。 本专利技术涉及的基于薄液层氧化还原偶获取赝电容的方式，是一种新型的性能优良的超级电容器。该新型超级电容器利用液相(溶液)中的氧化还原偶在惰性固体电极上授受电子的法拉第过程，其活性物质是惰性电极表面薄液层中可溶的氧化还原电对。充放电前后电极固相不发生化学变化和物理变化。一方面，该超级电容器不仅具有传统超级电容器高比功率、长循环寿命和高安全性的特点，同时在价格上更具有竞争力；另一方面，由于采用液相储能方式具有更高的比容量，因而又比现有的超电容器具有更高的比能量。 该新型超级电容器的特点表现为正负极活性物质分别储存在正负极多孔电极微孔内，孔内电解液较好地吸附固定在微孔中，不随意流动，将电能储存于电极表面薄液层中具有电化学活性的化学物质中，充电时，电能转换为薄液层中活性物质的化学能，放电时，液相中的化学能转化为电能。传质主要依赖扩散和电迁移，但孔隙的尺度很小，孔隙内液体中的任意点距离多孔电极固体表面都很近，传质到多孔隙电极固体表面所需的时间很短。因此要求该多孔电极具有较为特殊的微孔结构以及较高的孔隙率，理论计算以及实验结果表明，孔径分布集中在几微米到50微米范围内的微孔结构适合该新型超级电容器的高放电倍率需要，同时为了保证高比容量的需要，电极孔隙率需要达到70%以上。要满足高功率大电流充放电，要求多孔电极具有较好的导电性，以及较大的比表面积以提供氧化还原反应的场所。因此，开发批量制备孔径及孔径分布可调的多孔电极的工艺对该新型超级电容器的产业化至关重要。 中国专利CN103274386A提出了制造多孔电极的配方以及实验室少量制备多孔电极的方法，生产效率低；未解决规模化、工业批量化制备多孔电极的制造工艺，且未解决批量制备多孔电极的设备选择问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有高孔隙率、合适孔径、高电导率、高电化学活性和稳定性的高孔隙率高电导率多孔电极。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是: 一种高孔隙率高电导率多孔电极，该多孔电极是由碳材料与粘结剂、成孔剂和分散剂混合后的浆料干燥后经分级多次辊压形成成型碳膜、烘烤得到，多孔电极呈三维网络多孔结构，孔径分布在0.1?50 μ m之间，多孔电极的厚度为0.3?5mm，孔隙率> 70%。该多孔电极具有较为特殊的微孔结构以及较高的孔隙率，孔径分布集中在几微米到50微米范围内，电极孔隙率达到70%以上。本专利技术的多孔电极为平面结构，具有柔韧性好，能弯曲的优点。而现有的各种电极由于电极材料致密、脆性大，因此具有孔径小、大孔孔隙率小，易碎的缺陷。 作为优选，所述的碳材料选自活性炭、活性炭纤维、碳短切纤维、碳纤维粉、碳纳米管、石墨、乙炔黑、石墨烯、富勒烯C60、炭黑、超导电炭黑Super-P、KS-6中的一种或几种的组合。碳材料即导电性好的单质碳粉。 作为优选，所述的粘结剂加入量为碳材料重量的5?20%。所述的成孔剂的加入量为碳材料和粘结剂总重量的0.001?50%，成孔剂的含量不为零。分散剂的加入量为碳材料和粘结剂总重量的160?350%。 作为优选，所述的粘结剂是聚四氟乙烯(PTFE)乳液、聚偏氟乙烯乳液、聚偏氟氯乙烯乳液、聚丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一种或者几种的组合；所述的成孔剂包括有机成孔剂聚乙二醇(PEG)、偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物、无机成孔剂碳酸盐中的一种或几种的组合；所述的聚乙二醇的分子量优选为200?10000。聚乙二醇的优势请详述。所述的无机成孔剂碳酸盐是碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵中的一种或几种的组合；所述的分散剂是醇类、丙酮、氮甲基吡咯烷酮、去离子水中的一种或者几种的组合。醇类选自乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇中的一种或者几种。 作为优选，多孔电极的厚度为0.3?5mm。电极厚度越薄，赝电式超级电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高孔隙率高电导率多孔电极，其特征在于：该多孔电极是由碳材料与粘结剂、成孔剂和分散剂混合后的浆料干燥后经分级多次辊压形成成型碳膜、烘烤得到，多孔电极呈三维网络多孔结构，孔径分布在0.1~50μm之间，多孔电极的厚度为0.3~5mm，孔隙率≥70%。

【技术特征摘要】
1.一种高孔隙率高电导率多孔电极，其特征在于:该多孔电极是由碳材料与粘结剂、成孔剂和分散剂混合后的浆料干燥后经分级多次辊压形成成型碳膜、烘烤得到，多孔电极呈三维网络多孔结构，孔径分布在0.f 50 μ m之间，多孔电极的厚度为0.3?5mm，孔隙率^ 70%ο2.根据权利要求1所述的高孔隙率高电导率多孔电极，其特征在于:所述的碳材料选自活性炭、活性炭纤维、碳短切纤维、碳纤维粉、碳纳米管、石墨、乙炔黑、石墨烯、富勒烯C60、炭黑、Super-P> KS-6中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1所述的高孔隙率高电导率多孔电极，其特征在于:所述的粘结剂加入量为碳材料重量的5?20%。4.根据权利要求1所述的高孔隙率高电导率多孔电极，其特征在于:所述的粘结剂是聚四氟乙烯(PTFE)乳液、聚偏氟乙烯乳液、聚偏氟氯乙烯乳液、聚丙烯酸乳液、聚氨酯乳液中的一种或者几种的组合；所述的成孔剂选自有机成孔剂聚乙二醇(PEG)、偶氮化合物、磺酰肼类化合物、亚硝基化合物或无机成孔剂碳酸盐中的一种或几种的组合；所述的分散剂是醇类、丙酮...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贞胜，柯克，汪勇，汪彦龙，
申请(专利权)人：超威电源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33