一种活性碳电极和包括该电极的超级电容器制造技术

本发明专利技术公开了一种活性碳电极和包括该电极的超级电容器。本发明专利技术还公开了制造所述电极和所述超级电容器的方法。所述活性碳电极包括铝箔基片、石墨导电胶层和活性碳涂覆层，并在迭加后经辊压工艺处理而形成。所述石墨导电胶层包含粘合剂与石墨材料；所述活性碳涂覆层包含活性碳材料、乙炔黑与所述粘合剂。优选的是，作为正极时所述粘合剂为聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素钠混合物，作为负极时所述粘合剂为丁苯橡胶胶乳与羧甲基纤维素钠混合物。所制备的活性碳电极具有良好的电学特性和结构强度，所组装电容器具有良好的储能特性和稳定特性，在工业、交通、电子、军事等领域广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容器
，特别涉及包括活性碳正极与活性碳负极的超级 电容器及其制造方法。
技术介绍
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。 根据储能机理的不同其主要分为建立在界面双电层基础上的“双电层型”超级电容器以及 建立在“法拉第准电容”基础上的“准电容型”超级电容器。碳材料的性质是决定“双电层型” 超级电容器性能的决定因素。其中包括碳材料的比表面积、孔径分布、电化学稳定性和电 导率等。经过研究满足要求的碳材料有活性炭，纳米碳纤维，纳米碳管等等，这方面比较典 型的专利如美国MAXWELL公司的美国专利(US6955694)，该公司在中国申请的专利《具有密 封电解封口的多电极双层电容器》(CA1408121A)，以及北京集星联合电子科技有限公司的 中国专利《活性炭纤维布/喷涂铝复合极板双电层电容器及其制备方法》(ZL03124290. 1)。 “准电容”的原理是电极材料利用锂离子或质子在材料的三维或准二维晶格立体结构中的 储留来达到储存能量的目的，该类电极材料包括金属氧化物、氮化物、高分子聚合物等等， 较为典型的专利如清华大学的《基于氧化钴及氧化钌的混合式超级电容器及其制备方法》 (ZL200810111892. 7)。超级电容器的核心组件是其电极，制约活性碳材料粘合强度的关键 因素是粘合剂，传统工艺中多采用聚四氟乙烯作为粘合剂，存在粘结强度不高的问题。本发 明提出一种新型电极、基于该新型电极的超级电容器及其制备方法，新型粘合剂的使用可 有效提高电极强度，基于上述新型电极的超级电容器具有储能密度大、放电功率高、性能稳 定等特点，在交通、能源、航天、绿色新能源和军用领域中具有重要的应用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种活性碳电极以及以所述电极作为正极和/或 负极的超级电容器。具体地说，本专利技术通过如下技术方案来完成。1. 一种活性碳电极，其中，所述活性碳电极包括铝箔基片、石墨导电胶层和活性碳 涂覆层，并在迭加后经辊压工艺处理而形成。2.根据技术方案1所述的活性碳电极，其中，所述石墨导电胶层包含粘合剂与石 墨材料；所述活性碳涂覆层包含活性碳材料、乙炔黑与所述粘合剂。3.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其中，所述活性碳电极作为正极，所述 粘合剂为正极粘合剂，包含聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素钠。4.根据技术方案3所述的活性碳电极，其中，以所述石墨导电胶层的总质量计，所 述正极粘合剂的质量比为10%至20%;优选的是，以所述正极粘合剂的总质量计，所述聚乙 烯吡咯烷酮的质量比为20%至50% ；另外优选的是，所述聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维素 钠之间的质量比为1 3;另外优选的是，所述石墨导电胶层由浆料制得，所述浆料采用如下方法制备将去离子水加热至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯 烷酮，然后搅拌均勻，再加入所述石墨材料，在搅拌均勻后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。5.根据技术方案4所述的活性碳电极，其中，所述石墨导电胶层采用喷涂或刮涂 的方法将所述浆料附着于所述铝箔基体的表面，所形成的石墨导电胶层的厚度为20微米 至50微米。6.根据技术方案3所述的活性碳电极，其中，以所述活性碳涂覆层的总质量计，所 述正极粘合剂的质量比为5%至10% ；优选的是，以所述正极粘合剂的总质量计，所述聚乙 烯吡咯烷酮的质量比例为20%至50% ；另外优选的是，所述聚乙烯吡咯烷酮与羧甲基纤维 素钠之间的质量比为1 3;另外优选的是，所述活性碳材料与乙炔黑的质量比例为9 1 ； 另外优选的是，所述活性碳涂覆层由浆料制得，所述浆料采用如下方法制备将去离子水加 热至35°C至45°C，依次加入所述羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮，然后搅拌均勻，再依 次加入所述乙炔黑和活性碳材料，在搅拌均勻后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。7.根据技术方案6所述的活性碳电极，其中，所述活性碳涂覆层采用刮涂的方法 将所述浆料附着于所述石墨导电胶层表面，所形成的活性碳涂覆层厚度为100微米至200 微米。8.根据技术方案1或2所述的活性碳电极，其中，所述活性碳电极作为负极，所述 粘合剂为负极粘合剂，包含丁苯橡胶胶乳与羧甲基纤维素钠。9.根据技术方案8所述的活性碳电极，其中，以所述石墨导电胶层的总质量计，所 述负极粘合剂的质量比为10%至20%;优选的是，以所述负极粘合剂的总质量计，所述丁苯 橡胶胶乳的质量比为20%至60% ；另外优选的是，所述丁苯橡胶胶乳与羧甲基纤维素钠的 质量比为2 3;另外优选的是，所述石墨导电胶层由浆料制得，所述浆料由如下方法制备 将去离子水加热至55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶胶乳，然后搅拌 均勻，再加入所述石墨材料，在搅拌均勻后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。10.根据技术方案9所述的活性碳电极，其中，所述石墨导电胶层采用喷涂或刮涂 的方法将所述浆料附着于所述铝箔基体的表面，所形成的石墨导电胶层的厚度为20微米 至50微米。11.根据技术方案8所述的活性碳电极，其中，以所述活性碳涂覆层的总质量计， 所述负极粘合剂的质量比为5%至10% ；优选的是，以所述负极粘合剂的总质量计，所述丁 苯橡胶胶乳的质量比为20%至50% ；另外优选的是，所述丁苯橡胶胶乳与羧甲基纤维素钠 之间的质量比为2 3;另外优选的是，所述活性碳材料与乙炔黑的质量比例为9 1;另外 优选的是，所述活性碳涂覆层由浆料制得，所述浆料采用如下方法制备将去离子水加热至 55°C至65°C，依次加入所述羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶胶乳，然后搅拌均勻，再依次加入所 述乙炔黑和活性碳材料，在搅拌均勻后，进一步采用胶体磨进行研磨处理。12.根据技术方案11所述的活性碳电极，其中，所述活性碳涂覆层采用刮涂的方 法将所述浆料附着于所述石墨导电胶层的表面，所形成的活性碳涂覆层的厚度为100微米 至200微米。13. 一种超级电容器，其中，所述超级电容器包括正极、负极和外壳，所述正极和/ 或负极为技术方案1或2所述的电极，所述外壳为不锈钢外壳或铝质外壳，并且所述正极和负极依次迭加或卷绕成为电极芯后置于所述外壳内，所述外壳密封有非水性电解液；优选 的是，所述正极为技术方案3至7任一项所述的活性碳电极，所述负极为技术方案8至12 任一项所述的活性碳电极。本专利技术提出了一种新型活性碳电极、基于所述活性碳电极的超级电容器、以及所 述活性碳电极和所述超级电容器的制造方法。所述超级电容器的结构为活性碳正极和活性 碳负极依次叠加或卷绕为电极芯后，密封在例如不锈钢或铝质外壳内构成例如圆柱形或方 形结构，并在该外壳内灌注非水性电解液组装成为全密封超级电容器。本专利技术的有益效果是通过提出基于不同组成粘合剂的新型活性碳电极的制备方 法，有效地提高了电极结构强度，降低了电极的内阻。基于新型活性碳电极的超级电容器 具有良好的工作可靠性，本专利技术中描述的超级电容器在工业不间断电源、电动车辆、风力发 电，军用大功率电源、无线电通讯等领域具有十分广泛的应用。附图说明图1为电极多层结构示意2为圆形超级电容器结构示意3为方形超级电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性碳电极，其中，所述活性碳电极包括铝箔基片、石墨导电胶层和活性碳涂覆层，并在迭加后经辊压工艺处理而形成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮殿波，陈照平，陈胜军，陈照荣，
申请(专利权)人：集盛星泰北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]