專利名稱：一種儲能裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種儲能裝置的制作方法，屬于儲存電能裝置的制造領域。
背景技術：
通常儲存電能的裝置包括電池與電容。超級電容器是介于電解電容器與二次電池之間的儲能裝置，超級電容器的電荷儲存發生在電極、電解質形成的雙電層上以及在電極表面進行欠電位沉積、電化學吸附、脫附和氧化還原產生的電荷的遷移。它的容量是傳統電容器的20 200倍，可達法拉級甚至千法拉級，比功率是電池的10倍以上，它兼有常規電容器功率密度大和充電電池能量密度高的優點，并具有充放電速度快、對環境無污染、循環壽命長、使用的溫限范圍寬等特點，是一種實用、高效的新型能源。超級電容器填補了電池和傳統的物理電容之間的空白，這種電 容器是本世紀最具有希望的一種新型綠色能源。以其大容量，高能量密度，大電流，多次充放電等性能，使其在工業、消費電子、電信通訊、醫療器械、國防、航空航天等領域得到越來越廣泛的應用。根據放電量、放電時間以及電容量大小，主要用作后備電源、替換電源和主電源。根據儲能機理，可以將超級電容器分為雙電層電容器和法拉第準電容器兩大類。雙電層電容器是建立在雙電層理論基礎上。充電時，電解質發生離解，陰陽離子分別向著正負極運動并吸附在電極表面，形成雙電層，電荷儲存在雙電層中。放電時，電子通過外負載運動到正極，與正極的陽離子發生了電中和，同時電極表面的陰陽離子發生了解吸，重新回到電解質主體中。本發明涉及的活性炭雙電層電容器就是超級電容器的一種。目前雙電層電容器的應用對能量密度、功率密度、壽命要求越來越高，就需要提高極片壓實密度、降低內阻。商品化的雙電層電容器多采用活性炭粉作為電極材料，如何提高活性炭粉之間以及活性炭粉和集電極之間的接觸性，從而增加密度、減小內阻是關鍵問題。另一個問題就是如何增加雙電層電容器的使用壽命，雙電層電容器氣漲是一個普遍存在的問題，其中一個主要的原因是因為電極片加工過程中引入了粘結劑，而粘結劑通常含有各種雜質且粘結劑本身在使用過程中老化分解，引起漲氣，從而嚴重的降低雙電層電容器的使用壽命。目前已經商品化的雙電層電容器多采用高比表面積多孔的活性炭作為活性物質，比表面積一般在1500m2/g以上。導電劑采用導電炭黑和導電石墨的混合物。通常以活性炭為原料制作電極片的方法是涂布法，即活性炭與粘結劑、導電劑、溶劑混合制作漿料，再涂布、烘干、輥壓，比如中國專利CN101699589A。粘結劑通常使用SBR，比如中國專利CN101635202B，使用水性粘結劑LA132，比如中國專利CN101656155。傳統的電極制作，是采用涂布方法，先將漿料涂布在鋁箔集流體上，然后輥壓，缺點是輥壓時由于鋁箔集流體受到輥壓力，會延展變形，從而極片強度變差，易折斷，易產生蛇形等，不利于后續工序。且因為輥壓力越大，集流體變型會越嚴重，所以極片壓實密度不可能做高。
另一方面，由于儲能裝置的電解液采用有機溶液，電極片中殘留的水分會嚴重影響儲能裝置的電化學性能和使用壽命，去除水分通用方法是高溫烘烤，烘烤溫度越高，去除水分越徹底。一般涂布方法采用的粘結劑SBR、LA132在150°C以上粘結性能下降，所以烘烤溫度在150°C以下，這樣造成烘烤時間較長，且水分去除不充分。

發明內容
本發明的目的在于提供了一種儲能裝置的制造方法，能夠提高電極片壓實密度、充分去除電極片中的水分且減少烘烤時間，提高生產效率，達到提高儲能裝置的容量、降低內阻、增加使用壽命的目的。本發明是這樣實現的
一種電極的制作方法，包括如下步驟 步驟1，以比表面積1500m2/g以上的活性炭為活性物質；導電炭黑或導電石墨或二者混合物作為導電劑，活性炭與導電劑的重量比為I :9，在混合機中干混；
步驟2，將混合料在造粒機中噴入稀釋后的PTFE乳液(一種含聚四氟乙烯高分子化學材料)，稀釋后的PTFE乳液重量百分比濃度為20%，造粒；
步驟3，將造粒后的物料過篩分機；
步驟4，將篩分后的物料經螺旋進料器放入輥壓機中，經多次加熱輥壓成為自支撐膜
片;
步驟5，將鋁箔集流體涂布導電膠，在導電膠未干燥前與自支撐膜片貼合，并且烘干得至IJ電極。更進一步的方案是所述混合機為V型混合機、螺旋混合機、氣流混合機或犁刀式混合機，混合時間為30分鐘。更進一步的方案是所述混合機為V型混合機，混合時間為30分鐘。更進一步的方案是所述稀釋后的PTFE乳液，選用的稀釋劑為醇類、水或二者的混合物。更進一步的方案是所述稀釋劑為乙醇與水的重量比為1:3的混合物。更進一步的方案是所述造粒機為帶液體加料噴頭的攪拌混合式造粒機。更進一步的方案是所述篩分的物料中粒徑2至5_的物料經螺旋進料器加入輥壓機中，粒徑小于2_的顆粒繼續回到造粒機造粒,粒徑大于5_的顆粒經過粉碎后返回造粒機造粒。更進一步的方案是所述輥壓機為四輥加熱輥壓機。更進一步的方案是所述導電膠為導電炭黑、導電石墨或二者混合物作為導電劑，溶劑為水或有機溶劑，制作成的導電膠。更進一步的方案是所述貼合為先在鋁箔集流體上其中一面涂布導電膠，在溶劑未揮發前貼合自支撐膜片，烘干，然后在鋁箔集流體另一面重復上面的工序，得到雙面貼合自支撐膜片的電極片。本發明的另一個目的在于提供一種儲能裝置，所述儲能裝置包括前述的電極的制作方法制作的電極。本發明的再一個目的在于提供一種儲能裝置的制作方法，包括步驟6，將前述電極的制作方法制作的電極分切，按隔膜紙、電極片、隔膜紙、電極片順序疊放好，在卷繞機上卷繞成電容器芯子；
步驟7，將電容器芯子真空干燥除水，干燥溫度為120至180°C，時間6至16小時；步驟8，在干燥氣氛下取出并且將電容器芯子在抽真空條件下含浸有機電解液，真空度為lOOOPa，含浸5分鐘，放入鋁殼中輥壓上密封蓋，封裝成為成品儲能裝置。更進一步的方案是所述電容器芯子真空干燥除水，干燥溫度為180°C，時間6小時。傳統的電極制作，是采用 涂布方法，先將漿料涂布在鋁箔集流體上，然后輥壓，缺點是輥壓時由于鋁箔集流體受到輥壓力，會延展變形，從而極片強度變差，易折斷，易產生蛇形等，不利于后續工序。且因為輥壓力越大，集流體變型會越嚴重，所以極片壓實密度不可能做聞。而本方法是將電極料先制成自支撐膜片，然后貼合到鋁箔集流體上，鋁箔集流體上不會受到輥壓力，不會變型。而自支撐膜片可以承受大的輥壓力，經過多次輥壓，可以將壓實密度提高，從而電極片具有壓實密度高、容量大、內阻小的特征。同時，本發明的電極片粘結劑使用PTFE，而PTFE俗稱“塑料王”，具有良好的耐腐蝕、耐溫、抗老化能力。傳統涂布方式采用SBR、LA132等常規粘結劑，耐腐蝕、耐溫、抗老化能力遠差于PTFE，所以本發明的儲能裝置具有更好的壽命特性。另一方面，由于電解液采用有機溶液，電極片中殘留的水分會嚴重影響儲能裝置的電化學性能和使用壽命，去除水分通用方法是高溫烘烤，烘烤溫度越高，去除水分越徹底。一般涂布方法采用的粘結劑SBR、LA132在150°C以上粘結性能下降，所以烘烤溫度在150°C以下，這樣造成烘烤時間較長，且水分去除不充分。本發明采用PTFE作為粘結劑，PTFE耐高溫長期使用溫度為200至260°C，但由于隔膜紙耐溫180°C，所以可采用180°C烘烤溫度，減少烘烤時間，提高效率，且去除水分更充分。從而提高儲能裝置的使用壽命。本發明儲能裝置由電極片、隔膜紙、有機電解液、鋁殼、密封蓋組成。由活性炭、導電碳黑、導電石墨干混、然后加入粘結劑PTFE乳液、稀釋劑乙醇與水1:3混合物造粒，篩分后取2至5_的顆粒經螺旋進料器供料給四輥輥壓機，輥壓成自支撐膜片。電極片由自支撐膜片利用導電膠粘結在鋁箔集流體上構成。電極片烘干后，分切，按隔膜紙、電極片、隔膜紙、電極片順序疊放好卷繞成芯子，干燥除去水分后，含浸電解液，放入鋁殼，滾壓密封蓋，電解液為有機電解液。現有技術是將鋁箔集流體涂布活性物料后形成的電極片輥壓，以此提高壓實密度，從而提高容量、降低內阻，但是存在輥壓壓力越大，鋁箔集流體變形越嚴重的問題，不利于后續工序。且傳統的粘結劑耐溫性能差，導致極片去除水分不充分，電化學性能差，壽命降低。本發明的極片制作方法，極片壓實密度大于現有方法，且使用穩定性、耐溫性、抗老化性好的PTFE作為粘結劑，能夠充分去除水分，提高產品容量、內阻、使用壽命。


圖I為電容器芯子結構示意圖。圖2為儲能裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的說明。實施例一
本發明儲能裝置的制作方法
步驟1，以1500m2/g以上的活性炭為活性物質、導電炭黑與導電石墨混合物作為導電齊U，活性炭與導電劑的重量比為I :9，在V型混合機中干混，混合時間為30分鐘；
步驟2，將混合料在攪拌混合造粒機中噴入經乙醇與水重量比為1:3的混合物稀釋后的PTFE乳液，造粒。稀釋后的PTFE乳液重量百分比濃度為20% ；
步驟3，將造粒后的物料過篩分機。取其中2至5mm的顆粒； 步驟4，將篩分后的物料經螺旋進料器進料，在四輥輥壓機中經三次加熱輥壓成為自支撐月吳片；
步驟5，將鋁箔集流體涂布導電膠，在導電膠未干燥前與自支撐膜片貼合，并且烘干得到極片；
步驟6，如附圖I所示，將極片分切，按隔膜紙6、電極片5、隔膜紙6、電極片5順序疊放好，在卷繞機上卷繞成電容器芯子I。電容器芯子I上有導針4 ；
步驟7，將電容器芯子I真空干燥除水，溫度180°C，時間6小時；
步驟8，如附圖2所示，在干燥氣氛下取出并且真空含浸有機電解液，有機電解液為lmol/L的四乙基四氟硼酸銨的碳酸丙烯酯溶液。含浸后的電容器芯子I放入鋁殼2中滾壓上密封蓋3，封裝成為成品。產品尺寸為Φ 18X40。對比例一
步驟1，以1500m2/g以上的活性炭為活性物質、導電炭黑與導電石墨作為導電劑，活性炭與導電劑的重量比為I :9，LA132為粘結劑、水為溶劑，混合成漿料；
步驟2，采用涂布機將漿料涂布在集電極上并且烘干；
步驟3，將電極片在輥壓機中輥壓；
步驟4，電極片分切，按隔膜紙、電極片、隔膜紙、電極片順序疊放好，在卷繞機上卷繞成電容器芯子；
步驟5，將電容器芯子真空干燥除水，溫度150°C，時間14小時。在干燥氣氛下取出并且真空含浸有機電解液，電解液為lmol/L的四乙基四氟硼酸銨的碳酸丙烯酯溶液。含浸后的芯子放入鋁殼中滾壓上密封蓋，封裝成為成品。產品尺寸為Φ 18X40。按照國際標準IEC 61960測試容量、交流內阻(ΙΚΗζ)。壽命測試的方法如下將儲能裝置放入恒溫箱中加熱，同時在正負極兩端加上額定電壓。1000小時后測試鋁殼高度，并與恒溫加壓前的高度比較，得到高度變化，根據高度變化評價漲氣的程度。測試結果如下
權利要求
1.一種電極的制作方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1，以比表面積1500m2/g以上的活性炭為活性物質；導電炭黑或導電石墨或二者混合物作為導電劑，活性炭與導電劑的重量比為I :9，在混合機中干混； 步驟2，將混合料在造粒機中噴入稀釋后的PTFE乳液，稀釋后的PTFE乳液重量百分比濃度為20%，造粒； 步驟3，將造粒后的物料過篩分機； 步驟4，將篩分后的物料經螺旋進料器放入輥壓機中，經多次加熱輥壓成為自支撐膜片; 步驟5，將鋁箔集流體涂布導電膠，在導電膠未干燥前與自支撐膜片貼合，并且烘干得至IJ電極。
2.根據權利要求I所述電極的制作方法，其特征在于所述混合機為V型混合機、螺旋混合機、氣流混合機或犁刀式混合機，混合時間為30分鐘。
3.根據權利要求I所述電極的制作方法，其特征在于所述稀釋后的PTFE乳液，選用的稀釋劑為醇類、水或二者的混合物。
4.根據權利要求3所述電極的制作方法，其特征在于所述稀釋劑為乙醇與水的重量比為1:3的混合物。
5.根據權利要求I所述電極的制作方法，其特征在于所述篩分的物料中粒徑2至5mm的物料經螺旋進料器加入輥壓機中，粒徑小于2_的顆粒繼續回到造粒機造粒，粒徑大于5mm的顆粒經過粉碎后返回造粒機造粒。
6.根據權利要求I所述電極的制作方法，其特征在于所述導電膠為導電炭黑、導電石墨或二者混合物作為導電劑，溶劑為水或有機溶劑，制作成的導電膠。
7.根據權利要求I所述電極的制作方法，其特征在于所述貼合為先在鋁箔集流體上其中一面涂布導電膠，在溶劑未揮發前貼合自支撐膜片，烘干，然后在鋁箔集流體另一面重復上面的工序，得到雙面貼合自支撐膜片的電極片。
8.一種儲能裝置，其特征在于所述儲能裝置包括權利要求I至10任一權利要求所述的電極的制作方法制作的電極。
9.一種儲能裝置的制作方法，其特征在于 步驟6，將權利要求I至10任一權利要求所述的電極的制作方法制作的電極分切，按隔膜紙、電極片、隔膜紙、電極片順序疊放好，在卷繞機上卷繞成電容器芯子； 步驟7，將電容器芯子真空干燥除水，干燥溫度為120至180°C，時間6至16小時； 步驟8，在干燥氣氛下取出并且將電容器芯子在抽真空條件下含浸有機電解液，真空度為lOOOPa，含浸5分鐘，放入鋁殼中輥壓上密封蓋，封裝成為成品。
10.根據權利要求9所述儲能裝置的制作方法，其特征在于所述的有機電解液為lmol/L的四乙基四氟硼酸銨的碳酸丙烯酯溶液。
全文摘要
本發明公開了一種電極的制作方法，包括步驟1，以活性炭為活性物質；導電炭黑或導電石墨或二者混合物作為導電劑，在混合機中干混；步驟2，將混合料在造粒機中噴入稀釋后的PTFE乳液，造粒；步驟3，將造粒后的物料過篩分機；步驟4，將篩分后的物料經螺旋進料器放入輥壓機中，經多次加熱輥壓成為自支撐膜片；步驟5，將鋁箔集流體涂布導電膠，在導電膠未干燥前與自支撐膜片貼合，并且烘干得到電極。本發明還公開了一種儲能裝置，包括本發明制作的電極。并具體公開了儲能裝置的制作方法。本發明電極片具有壓實密度高、容量大、內阻小和更好的壽命特性。同樣制備的儲能裝置也具有類似效果特征。
文檔編號H01G11/22GK102881464SQ20121036333
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者趙波 申請人:成都芝田高分子材料有限公司