一種高能鎳碳超級電容器的製備方法

2023-05-26 09:19:36

專利名稱：一種高能鎳碳超級電容器的製備方法
技術領域：
本發明屬於超級電容器領域，尤其是一種高能鎳碳超級電容器的製備方法。
背景技術：
隨著國家新能源建設的逐步推進，新能源的研究步入一個快速發展的軌道，尤其超級電容器的研究引起各國的重視。通過檢索，發現如下有關超級電容器的公開專利文獻1、一種氫氧化亞鎳混和式超級電容器及其製備方法(CN200810111891. 2)，該電容器包括圓柱型和方型結構，由氫氧化亞鎳陽極，鹼金屬氫氧化物水性電解液和活性碳纖維陰極密封在不鏽鋼或工程塑料外殼內構成，具有儲能密度大、放電功率高等特點的混和式超級電容器。氫氧化亞鎳陽極採用化學反應法和電化學反應方法製備，在其中摻加適量碳納米管及羰基鎳作為添加劑，發泡鎳為基體製造出陽極。活性碳陰極採用電鍍鎳處理過的活性碳纖維作為原材料，採用鎳箔作為集流體。所組裝電容器工作電壓達到1. 6V，最大儲能密度達到20Wh/kg，峰值放電功率達到8KW/kg。在工業、交通、電子、軍事等領域廣泛應用。2、一種車用啟動超級電容器(CN03114837. 9)，超級電容器芯子由包裹隔膜的燒結式氧化鎳正極片，連續化活性碳纖維布負極和集流支撐的薄鎳片構成，電容芯子通過製作、 焊接電流端子後置於塑料殼體內，注入電解液，封口便得超級電容器成品。該超級電容器具有較高的功率密度和能量密度，且重量輕，成本低，壽命長，適合做各種類型車輛的啟動能源，推廣應用具有很好價值。3、一種用於超級電容器的碳基多孔電極薄膜及其製備方法(CN200410009580. 7)， 薄膜各組分含量為活性炭含量為72mass% 99mass%，導電碳黑或石墨含量為 0. Imass% 20mass%，氧化鋯納米粉體的含量為0. Imass% 5mass%，納米金屬鎳粉體含量為0. Imass% 隙率為45% 75%，進一步的優選空隙率為55% 65%。 製備本發明薄膜首先將去離子水、有機單體和交聯劑混合均勻；然後將分散劑加入溶液攪拌均勻得到預混溶液；再將原料粉體加入，球磨混合，製成漿料；將所得漿料加入除泡劑並進行真空除泡；將引發劑和催化劑加入除泡後的漿料，攪拌均勻後，在流延機上經成型、固化和脫膜後得到生坯，再經弱氧化氣氛熱處理，得到目標多孔電極薄膜。本發明成型工藝簡單、成型時間短、易操作，薄膜厚度可控性好、中孔發達。4、一種大倍率充放電性能超級電容器的多孔炭電極的製備方法 (CN200810053475. 1)，該方法包括以下過程，以微孔型沸石分子篩為模板，以氣體乙炔、甲烷或乙烯為碳源，在石英管反應器中，利用高周波加熱裝置進行氣相沉積得到富含微孔的多孔炭；多孔炭再經1000-160(TC高溫熱處理調節表面性質製得大比表面積多孔炭；大比表面積多孔炭與聚四氟乙烯混合分散到乙醇中，並調製為漿狀，均勻地塗敷在泡沫鎳片上， 再經烘乾壓制製成多孔炭電極。本發明的優點在於所製得的大比表面積炭具有均一的孔隙結構；多孔炭的表面親水性低，氧含量低，所製得的多孔炭電極特別適用於大倍率充放電性能的超級電容器。
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5、一種氫氧化亞鎳混和式超級電容器及其製備方法(CN200810111891. 2)，該電容器包括圓柱型和方型結構，由氫氧化亞鎳陽極，鹼金屬氫氧化物水性電解液和活性碳纖維陰極密封在不鏽鋼或工程塑料外殼內構成具有儲能密度大、放電功率高等特點的混和式超級電容器。氫氧化亞鎳陽極採用化學反應法和電化學反應方法製備，在其中摻加適量碳納米管及羰基鎳作為添加劑，發泡鎳為基體製造出陽極。活性碳陰極採用電鍍鎳處理過的活性碳纖維作為原材料，採用鎳箔作為集流體。所組裝電容器工作電壓達到1. 6V，最大儲能密度達到20Wh/kg，峰值放電功率達到8KW/kg。在工業、交通、電子、軍事等領域廣泛應用。6、一種混合型超級電容器及其製備方法(CN200910079669. 3)，混合型超級電容器的負極活性材料為納米Ti02或Ti02的同質異像體Ti02-B中的一種或幾種，正極活性材料為碳納米管、碳納米纖維、石墨、導電炭黑、氫氧化鎳、氫氧化錳或氫氧化鉬中的一種或幾種。混合型超級電容器以正負極活性材料、粘結劑和導電劑為原料製成電極，在手套箱中裝配成模擬電池製成超級電容器。本發明提供的製備方法具有可調控，製備流程簡單，操作容易，組裝的混合超級電容器模型具有比容量高、電位低、性能穩定、可大電流充放電、循環壽命長、成本低廉、機械化大規模生產容易實現等特點。7、一種超級電容器的製備方法(CN200910063288. 6)，它包括如下步驟1)將泡沫鎳基板放入化學氣相沉積反應爐中，通入氬氣10-60分鐘，排盡爐內空氣，然後，加熱升溫至450-750°C，在氬氣氛圍中以25-40ml/min的流量通入烴類氣體，450_750°C下反應30秒至50分鐘，反應完成後，得到生長有碳納米管的泡沫鎳；幻除去表面疏鬆層產物後，直接以生長有碳納米管的泡沫鎳基體直接用作超級電容器電極；幻將步驟2所得的兩片厚度、大小相同的電極乾燥，用電解液充分浸泡1-36小時，再用同樣浸滿電解液的隔膜隔開，組裝得到超級電容器；所述烴類氣體是乙炔、甲烷、乙烯、或丙烯。本發明碳納米管是直接生長在泡沫鎳基板上，無需使用粘合劑；泡沫鎳為基板，電極物質體積密度更高，孔分布合理。經過對比，上述各項專利技術與本專利申請有較大不同。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，提供一種儲能密度大、放電功率高的高能鎳碳超級電容器的製備方法。為解決上述技術問題，本發明採用下列技術方案一種高能鎳碳超級電容器的製備方法，包括由正、負極漿料的製備、正、負極板的製備、極耳焊接、極組疊片、極柱集流體焊接、裝殼、電容器注液、活化分類工序，各步驟的內容是(1)製備正、負極漿料；(2)製備正、負極板，通過極板連續生產線將正、負極板的漿料填充到泡沫鎳基體上，並連續烘乾、滾壓、切片；(3)極耳焊接通過先點焊再滾焊的方法將極板泡沫鎳基體部分與導電極耳焊接在一起，並在焊接處粘貼耐高溫膠帶絕緣；(4)極組疊片將正負極板用自動疊片機疊片，其中採用分組點焊的方式分別將正負極耳分組點焊在一起；(5)極柱集流體焊接將正負極極柱集流體與分組點焊好的極板組裝在一起，並通過氬弧焊焊接牢固；(6)裝殼用絕緣套包裹上述固定好的極組，裝入電容器外殼中，並用氬弧焊機焊接密封殼體；(7)電容器注液、分類將電解液注入電容器中，安裝安全閥，在真空條件下在保存箱中擱置，然後進行充放電活化分類，即完成成品分選配組。而且，所述正、負極漿料的製備方法是A、正極漿料的構成及製備正極漿料由正極用粘合劑和主料構成，正極用粘合劑為正極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -35% ；其中正極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為羧甲基纖維素鈉 2% 4%去離子水96% 98%;配製方法為(1)按重量配比，分別稱好羧甲基纖維素鈉及去離子水的重量；(2)將稱好的去離子水加熱到80°C，將水倒入配料桶中，慢慢加入羧甲基纖維素鈉，邊加入邊攪拌，攪拌均勻即可，然後放置M小時，至常溫。正極漿料的原材料構成及其重量百分比範圍分別為
球形氫氧化鎳 85% 95%
氧化亞鈷0.5% 8%
亞氧化鈦0.5% 5%
高溫添加劑 0.5% 5%
聚四氟乙烯乳液2% 8% ；所述高溫添加劑為氧化鋯、氧化鋅、氧化釔的其中至少一種。正極漿料製備方法的步驟是(1)重量配比準備好正極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將氧化亞鈷、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水要慢慢加入， 邊加入邊攪拌以免粉料結塊，形成混合漿液；(3)將去離子水與氧化亞鈷、亞氧化鈦形成的混合漿液加到配料桶裡，攪拌均勻；(4)按照重量配比向配料桶中添加高溫添加劑；(5)然後按照重量配比加入球形氫氧化鎳，先加入五分之一，攪拌均勻後繼續分批加入氫氧化鎳，放到攪拌機內攪拌；(6)加完後再均勻攪拌半小時；(7)之後按照重量配比加入聚四氟乙烯乳液，攪拌均勻即可形成正極漿料。B、負極漿料的構成及製備負極板用漿料由負極用粘合劑和主料構成，負極用粘合劑為負極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -38% ；其中負極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為HPMC2% 4%
去離子水 96% 98%;其配製方法是(1)加熱去離子水，溫度控制在60°C -80°C ；(2)緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌；(3)完全加入後，放在攪拌機內攪拌，攪拌至無結塊、漿液均勻為止，降至室溫備用。負極漿料的原材料構成及重量百分比範圍如下儲氫合金粉 70% 85%;活性碳材料 5% 15% ；亞氧化鈦0.5% 5%;PTFE 乳液2% 8%;負極漿料製備方法的步驟是(1)將負極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將活性碳材料、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水慢慢加入， 邊加入邊攪拌，以免粉料結塊，形成混合漿液；(3)將去離子水與活性碳材料、亞氧化鈦形成的混合漿液加到配料桶裡，攪拌均勻；(4)按照重量配比加入儲氫合金粉，先少量加入十分之一，攪拌均勻後，繼續分批加入到攪拌機內攪拌；(5)加完後再均勻攪拌半小時；(6)半小時後按照重量配比加入PTFE乳液，攪拌均勻即成為負極漿料。而且，所述正、負極板的製備方法如下A、正極板製備方法的步驟是(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對稱粘貼一層膠帶，以保證在製作出的極板一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將正極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)將浸有正極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-100°C、90-130 V、100-140°C、110_150°C、120_150°C，速度控制在1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(5)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成正極板。B、負極板的製備方法的步驟是(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對稱粘貼一層膠帶，以保證在製作出的極板一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將配好的負極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳極板通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)將浸有負極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-1000C >90-1300C、100-140°C、110_150°C、120_150°C，速度控制在1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)在第三段烘乾與第四段烘乾中間，在半乾的極板塗上一層常規修飾液，然後繼續進行下一階段烘乾；(5)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(6)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成負極板。而且，所述導電極耳焊接包括點焊、滾焊、貼膠帶三個步驟，是將正負極片與極耳之間通過先點焊定位，再滾焊固定的方式連接，之後用高溫膠帶進行絕緣處理，具體步驟是正、負極板的點焊(1)打開點焊機，將電壓調至脈衝電壓100-500V的數值；(2)將極耳與修整好的正極板片右側對齊、負極板左側對齊，在極耳與極板的重疊處均勻的點焊6 10個點，從而周正地固定極耳與極片的位置；正、負極板的滾焊(1)打開滾焊機，設置預熱電流80A、焊接電流170A、預壓時間2s、遞增時間0. 5s、 焊接時間12s、維持時間23s ；(2)極板的準備用毛刷清掃已點焊固定好的極板，保證極板與極耳的連接處清潔；(3)將清潔好的正、負極片依次放入滾焊機的上、下滾輪之間，極耳與極片的連接部分要對準滾輪，使極耳與極片緊密焊接在一起；正、負極板的絕緣保護(1)把滾焊好的正、負極板毛刺清理乾淨；(1)使用自動貼膠帶機把焊在極板上的極耳用高溫膠帶貼上。經過極耳焊接固裝的正負極板，進行下一步定位疊片。而且，所述極組疊片的方法是將正、負極板、隔膜按工藝鋪好隔膜，機械裝置自動吸入一片負極板，疊一層隔膜，機械裝置自動吸入一片正極板，再疊一層隔膜，如此按工藝要求進行疊片；然後對極板採用自動點焊機對正、負極板分組自動點焊，如此疊片和焊接製作成電池或電容器要求的極組，設備自動包裝極組，切斷連續隔膜，膠帶自動粘貼極組進行固定。而且，所述極柱集流體焊接工藝的步驟是(1)將正極板及負極板採用隔膜間隔相疊形成的極組安裝在組裝卡具的卡具盒內，正、負極板的極耳分別設置在極組的上端兩側；(2)使用扁口鉗將點焊在一起的兩側正、負極耳壓扁，使之嵌裝到正、負極極柱的集流體下端所制的安裝槽內；(3)使用定位板將所制導向柱通孔套裝入導向柱上，極柱通孔套裝入極柱上，校正正、負極極柱的位置，並鎖緊極柱；(4)在正、負極的極耳根部與集流體之間水平嵌裝防護板，使防護板上所制的開口槽嵌裝入極耳、兩個定位半圓槽嵌裝到導向柱上，兩個相向的防護板鏡像相對將極組封閉， 只露出極耳；(5)採用氬弧焊技術焊接極耳與極柱；
(6)焊接後，倒過卡具盒，用橡皮錘敲打，倒出碳渣；(7)焊接冷卻後，用萬用表檢查電容器是否短路。而且，所述組裝卡具由卡具盒、防護板及定位板構成，卡具盒為上端開口的抽屜式結構，一側面為活動安裝，並通過旋緊螺釘安裝在卡具盒上，在卡具盒內嵌裝正、負極板所疊加而成的極組，正、負極板的極耳分別設置在極組的上端兩側，在卡具盒的上端兩側對稱豎直安裝有兩根導向柱；防護板上制有多個嵌裝極耳的開口槽，在開口槽一側的防護板上制有卡裝導向柱的定位半圓槽，在防護板上安裝極柱的集流體，集流體下端所制的槽也嵌裝在極耳上，在集流體上豎直固裝極柱；定位板為十字結構，其上制有套裝極柱的極柱通孔以及套裝導向柱的導向柱通孔。而且，所述電容器注液、分類中，電解液的原料構成及重量份數比為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、去離子水=10-30 60-80 10-20 200，所述真空度-0. 08兆帕。本發明的優點及積極效果是1、本超級電容器為方型結構，由氫氧化鎳為主要活性物質的正極板，鹼金屬氫氧化物水性電解液和儲氫合金粉與活性碳材料為主要活性物質組成的混合負極板，以及隔膜密封在不鏽鋼或工程塑料外殼內構成，具有儲能密度大、放電功率高等特點。2、本發明所發明的超級電容器工作電壓達到1. 3V，最大儲能密度達到65Wh/kg， 可廣泛應用於電動公交車的動力電源、車輛低溫啟動用動力電源、軍用裝備的動力電源，如航空航天、殲擊機、潛艇、艦艇等裝備用電容器，也可應用在可攜式設備用高容量動力電源， 如筆記本電腦、手機、電動工具用電容器等。應用領域涉及到車輛、交通、工業、航空、軍事、 消費電子、綠色能源等，具有非常廣泛的應用前景。


圖1為本發明的工藝流程圖；圖2為本發明集流體焊接的組裝卡具主視圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為圖2的定位板的結構示意圖；圖5為圖2的防護板的結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合具體實施方式
對本發明進行進一步闡述，但本發明要求保護的範圍並不局限於下列實施方式。一種高能鎳碳超級電容器的製備方法，主要包括由正、負極漿料的製備、正、負極板的製備、極耳焊接、極組疊片、極柱集流體焊接、裝殼、電容器注液、活化分類工序。各工序步驟的內容是(1)製備正、負極漿料；(2)製備正、負極板，通過極板連續生產線將正、負極板的漿料填充到泡沫鎳極板上，並連續烘乾、滾壓、切片；(3)極耳焊接通過先點焊再滾焊的方法將泡沫鎳極板與導電極耳焊接在一起， 並在連接處粘貼耐高溫膠帶絕緣；
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(4)極組疊片將正負極板用自動疊片機疊片，其中採用分組點焊的方式分別將正負極耳分組點焊在一起；(5)極柱集流體焊接將極柱集流體與分組點焊好的極板組裝在一起，並通過氬弧焊焊接牢固；(7)裝殼用絕緣套包裹上述固定好的極組，裝入電容器外殼中，並用焊機焊接密封殼體；(8)電容器注液、分類按比例配製的電解液，該電解液的原料構成及重量份數比為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、去離子水=20 70 15 200 ；將電解液注入電容器中，安裝安全閥，在真空度-0. 08兆帕的真空條件下在保存箱中擱置12小時左右，然後進行充放電活化分類，即完成成品分選配組。下面分別敘述各個步驟的具體內容一、正、負極板的製備所述正、負極板均採用泡沫鎳做基體，通過極板自動生產線將漿料填充進去，烘乾、裁片後製成正、負極板。(一)、正極漿料的構成及製備由正極用粘合劑和主料構成，其中正極用粘合劑為正極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -35% ；其中1、正極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為羧甲基纖維素鈉 2% 4%去離子水96% 98%。配製方法為(2)按重量配比，分別稱好羧甲基纖維素鈉及去離子水的重量；(2)將稱好的去離子水加熱到80°C，將水倒入配料桶中，慢慢加入羧甲基纖維素鈉，邊加入邊攪拌，攪拌均勻即可，然後放置M小時，至常溫。2、正極主料的原料構成及其重量百分比範圍分別為
球形氫氧化鎳 85% 95% 氧化亞鈷0.5% 8%
亞氧化鈦0.5% 5%
高溫添加劑 0.5% 5%
聚四氟乙烯乳液2% 8%。所述高溫添加劑為氧化鋯、氧化鋅、氧化釔的其中之一。3、正極漿料製備方法的步驟是(1)按重量配比準備好正極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將氧化亞鈷、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水要慢慢加入， 邊加入邊攪拌以免粉料結塊，形成混合漿液；(3)將去離子水與氧化亞鈷、亞氧化鈦形成的混合漿液加到配料桶裡，攪拌均勻；(4)按照重量配比向配料桶中添加高溫添加劑；
(5)然後按照重量配比加入球形氫氧化鎳，先加入五分之一，攪拌均勻後繼續分批加入氫氧化鎳，放到攪拌機內攪拌；(6)加完後再均勻攪拌半小時；(7)之後按照重量配比加入聚四氟乙烯乳液，攪拌均勻即可形成正極漿料。4、正極板的製備方法(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對稱粘貼一層膠帶，以保證製作出的極板在一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將正極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳極板通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)浸有正極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-100°C、90-13(TC、100-14(rC、110-15(rC、120-15(rC，速度控制在 1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(5)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成正極板。( 二)負極板的構成及製備負極板漿液由負極用粘合劑和主料構成，其中負極用粘合劑為負極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -38% ；其中1、負極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為HPMC2% 4%去離子水 96% 98%;其配製方法是(1)加熱去離子水，溫度控制在60°C -80°C ；(2)緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌；(3)完全加入後，放在攪拌機內攪拌攪拌至無結塊、溶液均勻為止，降至室溫備用。2、負極漿料的原材料構成及重量百分比範圍如下儲氫合金粉 70% 85%;活性碳材料 5% 15% ；亞氧化鈦0.5% 5%;PTFE 乳液2% 8%。3、負極漿料製備方法的步驟是(1)將負極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將活性碳材料、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水慢慢加入， 邊加入邊攪拌，以免粉料結塊；(3)按照重量配比加入儲氫合金粉，先少量加入十分之一，攪拌均勻後，繼續分批加入到攪拌機內攪拌；(4)加完後再均勻攪拌半小時；(5)半小時後按照重量配比加入PTFE乳液，攪拌均勻即成為負極漿料。4、負極板的製作方法是(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對
13稱粘貼一層膠帶，以保證在製作的極板上能在一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將配好的負極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳極板通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)浸有負極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-100°C、90-13(TC、100-14(rC、110-15(rC、120-15(rC，速度控制在 1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)在第三段烘乾與第四段烘乾中間，在半乾的極板塗上一層常規修飾液，然後繼續進行下一階段烘乾；(5)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(6)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成負極板。將負極板及正極板製備後，進行下一步的極耳焊接。二、正、負極板的極耳焊接極耳即導電片，其製作方法包括點焊、滾焊、貼膠帶三個步驟，是將正、負極片與極耳之間通過先點焊定位，再滾焊固定的方式連接，之後用高溫膠帶進行絕緣處理，具體步驟是1、正極板的點焊(1)打開點焊機，將電壓調至脈衝電壓100-500V的數值；(2)將極耳與修整好的極板片右側對齊，在極耳與極板的重疊處均勻的點焊6 10個點，從而周正地固定極耳與極片的位置。2、負極板的點焊(1)打開點焊機，將電壓調至脈衝電壓100-500V的數值；(2)將極耳與修整好的極板片左側對齊，在極耳與極板的重疊處均勻的點焊6 10個點，從而周正地固定極耳與極片的位置。3、正、負極板的滾焊(1)打開滾焊機，設置預熱電流80A、焊接電流170A、預壓時間2s、遞增時間0. 5s、 焊接時間12s、維持時間23s ；(2)極板的準備用毛刷清掃已點焊固定好的極板，保證極板與極耳的連接處清潔；(3)將清潔好的正、負極片依次放入滾焊機的上、下滾輪之間，極耳與極片的連接部分要對準滾輪，使極耳與極片緊密焊接在一起。4、正、負極板的絕緣保護(1)把滾焊好的正、負極板毛刺清理乾淨；(3)使用自動貼膠帶機把焊在極板上的極耳用高溫膠帶貼上。經過極耳焊接固裝的正負極板，進行下一步定位疊片。三、自動疊片機進行疊片準備好待疊片的一定數量的正、負極板、隔膜，按工藝需要鋪好隔膜，自動機械裝置自動吸入一片負極板，疊一層隔膜，自動吸入一片正極板，再疊一層隔膜，如此按工藝要求進行疊片。在其中，達到工藝要求一定數量的極板採用自動點焊機對正負極板分組自動點焊，如此按工藝要求繼續疊片和焊接製作成電池或電容器要求的極組，設備會自動包裝極組，切斷連續隔膜，膠帶自動粘貼極組進行固定，並自動轉入下一道極柱集流體的固裝工序。四、極柱集流體的焊接工藝的步驟是1、將正極板及負極板採用隔膜間隔相疊形成的極組安裝在組裝卡具的卡具盒內， 正、負極板的極耳分別設置在極組的上端兩側；2、使用扁口鉗將點焊在一起的兩側正、負極耳壓扁，使之能夠嵌裝到正、負極極柱的集流體下端所制的安裝槽內；3、使用定位板將所制導向柱通孔套裝入導向柱上，極柱通孔套裝入極柱上，校正正、負極極柱的位置，以保證兩個極柱不能歪斜；4、在正、負極的極耳根部與集流體之間水平分別相向嵌裝防護板，使防護板上所制的開口槽嵌裝入極耳，兩個定位半圓槽嵌裝到導向柱上，由此，兩個相向的防護板鏡像相對將極組封閉，只露出極耳，以避免焊接時使極組短路；5、採用氬弧焊技術焊接極耳與極柱，焊接時需注意用棉布沾去離子水圍在防護板下以免焊接時溫度過熱將隔膜燙傷；6、焊接後，倒過卡具盒，用橡皮錘敲打，倒出碳渣；7、焊接冷卻後，用萬用表檢查電容器是否短路。所述組裝卡具的結構參見圖2、3、4、5，由卡具盒8、防護板7及定位板4構成，卡具盒為上端開口的抽屜式結構，一側面為活動安裝，並通過旋緊螺釘9安裝在卡具盒上，在卡具盒內嵌裝正、負極板所疊加而成的極組，正、負極板的極耳6分別設置在極組的上端兩側，在卡具盒的上端兩側對稱豎直安裝有兩根導向柱3 ；防護板上制有多個嵌裝極耳的開口槽12，在開口槽一側的防護板上制有卡裝導向柱的定位半圓槽13，在防護板上安裝極柱的集流體5，集流體下端所制的安裝槽嵌裝在極耳上，在集流體上豎直固裝極柱1 ；定位板為十字結構，其上制有套裝極柱1的極柱通孔11以及套裝導向柱的導向柱通孔10，定位板採用螺母2將極柱定位鎖緊。五、將固定好的極組用絕緣套包裹，裝入電容器外殼中，並用方形氬弧焊機焊接密封殼體，此工步為常規工步，因此沒有敘述具體內容。六、電容器注液、分類按比例配製的電解液，該電解液的原料構成及重量份數比為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、去離子水=10-30 60-80 10-20 200 ；將電解液注入電容器中，安裝安全閥，在真空度-0. 08兆帕的真空條件下在保存箱中擱置0. 5小時，然後進行充放電活化分類，即完成成品分選配組。本超級電容器的檢測結果如下檢測單位信息產業部化學物理電源產品質量監督檢驗中心表1電容器檢測主要設備，檢測環境和結論
權利要求
1.一種高能鎳碳超級電容器的製備方法，包括由正、負極漿料的製備、正、負極板的製備、極耳焊接、極組疊片、極柱集流體焊接、裝殼、電容器注液、活化分類工序，其特徵在於 各步驟的內容是(1)製備正、負極漿料；(2)製備正、負極板，通過極板連續生產線將正、負極板的漿料填充到泡沫鎳基體上，並連續烘乾、滾壓、切片；(3)極耳焊接通過先點焊再滾焊的方法將極板泡沫鎳基體部分與導電極耳焊接在一起，並在焊接處粘貼耐高溫膠帶絕緣；(4)極組疊片將正負極板用自動疊片機疊片，其中採用分組點焊的方式分別將正負極耳分組點焊在一起；(5)極柱集流體焊接將正負極極柱集流體與分組點焊好的極板組裝在一起，並通過氬弧焊焊接牢固；(6)裝殼用絕緣套包裹上述固定好的極組，裝入電容器外殼中，並用氬弧焊機焊接密封殼體；(7)電容器注液、分類將電解液注入電容器中，安裝安全閥，在真空條件下在保存箱中擱置，然後進行充放電活化分類，即完成成品分選配組。
2.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述正、負極漿料的製備方法是A、正極漿料的構成及製備正極漿料由正極用粘合劑和主料構成，正極用粘合劑為正極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -35% ；其中正極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為羧甲基纖維素鈉 2 0Z0 4 0Z0去離子水96% 98%;配製方法為(1)按重量配比，分別稱好羧甲基纖維素鈉及去離子水的重量；(2)將稱好的去離子水加熱到80°C，將水倒入配料桶中，慢慢加入羧甲基纖維素鈉，邊加入邊攪拌，攪拌均勻即可，然後放置M小時，至常溫。正極漿料的原材料構成及其重量百分比範圍分別為球形氫氧化鎳 85% 95%氧化亞鈷0.5% 8%亞氧化鈦0.5% 5%高溫添加劑 0.5% 5%聚四氟乙烯乳液2% 8% ；所述高溫添加劑為氧化鋯、氧化鋅、氧化釔的其中至少一種。正極漿料製備方法的步驟是(1)重量配比準備好正極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將氧化亞鈷、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水要慢慢加入，邊加入邊攪拌以免粉料結塊，形成混合漿液；(3)將去離子水與氧化亞鈷、亞氧化鈦形成的混合漿液加到配料桶裡，攪拌均勻；(4)按照重量配比向配料桶中添加高溫添加劑；(5)然後按照重量配比加入球形氫氧化鎳，先加入五分之一，攪拌均勻後繼續分批加入氫氧化鎳，放到攪拌機內攪拌；(6)加完後再均勻攪拌半小時；(7)之後按照重量配比加入聚四氟乙烯乳液，攪拌均勻即可形成正極漿料。B、負極漿料的構成及製備負極板用漿料由負極用粘合劑和主料構成，負極用粘合劑為負極粘合劑和主料所形成的總重量的20% -38% ；其中負極用粘合劑的原料構成及其重量配比範圍分別為HPMC2% 4%去離子水 96% 98%;其配製方法是(1)加熱去離子水，溫度控制在60°C-80°C ；(2)緩慢加入HPMC，邊加入邊攪拌；(3)完全加入後，放在攪拌機內攪拌，攪拌至無結塊、漿液均勻為止，降至室溫備用。負極漿料的原材料構成及重量百分比範圍如下儲氫合金粉 70% 85%;活性碳材料 5% 15% ；亞氧化鈦 0.5% 5%;PTFE乳液 2% 8%;負極漿料製備方法的步驟是(1)將負極用粘合劑，放在攪拌機上攪拌均勻；(2)按照重量配比將活性碳材料、亞氧化鈦用去離子水溶解，去離子水慢慢加入，邊加入邊攪拌，以免粉料結塊，形成混合漿液；(3)將去離子水與活性碳材料、亞氧化鈦形成的混合漿液加到配料桶裡，攪拌均勻；(4)按照重量配比加入儲氫合金粉，先少量加入十分之一，攪拌均勻後，繼續分批加入到攪拌機內攪拌；(5)加完後再均勻攪拌半小時；(6)半小時後按照重量配比加入PTFE乳液，攪拌均勻即成為負極漿料。
3.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述正、負極板的製備方法如下A、正極板製備方法的步驟是(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對稱粘貼一層膠帶，以保證在製作出的極板一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將正極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)將浸有正極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-100°C、90-130°C、100-140 V、110-150°C、120-150 V，速度控制在 1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(5)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成正極板。B、負極板的製備方法的步驟是(1)使用極板自動生產線將泡沫鎳極板預壓至所需厚度後，在其一側邊的正反面上對稱粘貼一層膠帶，以保證在製作出的極板一側留出8 IOmm的空白基體以便與極耳連接；(2)將配好的負極漿料導入漿槽中，貼好膠帶的泡沫鎳極板通過漿槽，使漿料均勻的填充至泡沫鎳極板的孔隙中，並將泡沫鎳極板表面刮平；(3)將浸有負極漿料的泡沫鎳極板採用烘乾爐五段控溫法進行烘乾，五段控溫法的溫度控制區域分別為 80-100°C、90-130°C、100-140 V、110-150°C、120-150 V，速度控制在 1-2米/分鐘，每段的溫度控制均不超過150度，由此烘乾已填充漿料的泡沫鎳極板；(4)在第三段烘乾與第四段烘乾中間，在半乾的極板塗上一層常規修飾液，然後繼續進行下一階段烘乾；(5)將烘乾的泡沫鎳極板除去膠帶，用對輥機滾壓至所需厚度；(6)將壓好的泡沫鎳極板按照一定的尺寸裁片，製成負極板。
4.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述導電極耳焊接包括點焊、滾焊、貼膠帶三個步驟，是將正、負極片與極耳之間通過先點焊定位，再滾焊固定的方式連接，之後用高溫膠帶進行絕緣處理，具體步驟是正、負極板的點焊(1)打開點焊機，將電壓調至脈衝電壓100-500V的數值；(2)將極耳與修整好的正極板片右側對齊、負極板左側對齊，在極耳與極板的重疊處均勻的點焊6 10個點，從而周正地固定極耳與極片的位置。正、負極板的滾焊(1)打開滾焊機，設置預熱電流80A、焊接電流170A、預壓時間2s、遞增時間0.5s、焊接時間12s、維持時間23s ；(2)極板的準備用毛刷清掃已點焊固定好的極板，保證極板與極耳的連接處清潔；(3)將清潔好的正、負極片依次放入滾焊機的上、下滾輪之間，極耳與極片的連接部分要對準滾輪，使極耳與極片緊密焊接在一起。正、負極板的絕緣保護(1)把滾焊好的正、負極板毛刺清理乾淨；(2)使用自動貼膠帶機把焊在極板上的極耳用高溫絕緣膠帶貼上。經過極耳焊接固裝的正負極板，進行下一步定位疊片。
5.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述極組疊片的方法是將正、負極板、隔膜按工藝鋪好隔膜，機械裝置自動吸入一片負極板，疊一層隔膜，機械裝置自動吸入一片正極板，再疊一層隔膜，如此按工藝要求進行疊片，然後對極板採用自動點焊機對正、負極板分組自動點焊，如此疊片和焊接製作成電池或電容器要求的極組，設備自動包裝極組，切斷連續隔膜，膠帶自動粘貼極組進行固定。
6.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述極柱集流體焊接工藝的步驟是(1)將正極板及負極板採用隔膜間隔相疊形成的極組安裝在組裝卡具的卡具盒內，正、負極板的極耳分別設置在極組的上端兩側；(2)使用扁口鉗將點焊在一起的兩側正、負極耳壓扁，使之嵌裝到正、負極極柱的集流體下端所制的安裝槽內；(3)使用定位板將所制導向柱通孔套裝入導向柱上，極柱通孔套裝入極柱上，校正正、 負極極柱的位置，並鎖緊極柱；(4)在正、負極的極耳根部與集流體之間水平嵌裝防護板，使防護板上所制的開口槽嵌裝入極耳、兩個定位板半圓槽嵌裝到導向柱上，兩個相向的防護板鏡像相對將極組封閉，只露出極耳；(5)採用氬弧焊技術焊接極耳與極柱；(6)焊接後，倒過卡具盒，用橡皮錘敲打，倒出碳渣；(7)焊接冷卻後，用萬用表檢查電容器是否短路。
7.根據權利要求6所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述組裝卡具由卡具盒、防護板及定位板構成，卡具盒為上端開口的抽屜式結構，一側面為活動安裝， 並通過旋緊螺釘安裝在卡具盒上，在卡具盒內嵌裝正、負極板所疊加而成的極組，正、負極板的極耳分別設置在極組的上端兩側，在卡具盒的上端兩側對稱豎直安裝有兩根導向柱; 防護板上制有多個嵌裝極耳的開口槽，在開口槽一側的防護板上制有卡裝導向柱的定位半圓槽，在防護板上安裝極柱的集流體，集流體下端所制的槽也嵌裝在極耳上，在集流體上豎直固裝極柱；定位板為十字結構，其上制有套裝極柱的極柱通孔以及套裝導向柱的導向柱通孑L。
8.根據權利要求1所述的高能鎳碳超級電容器的製備方法，其特徵在於所述電容器注液、分類中，電解液的原料構成及重量份數比為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰、去離子水 =10-30 60-80 10-20 200，所述真空度-0. 08 兆帕。
全文摘要
本發明涉及一種高能鎳碳超級電容器的製備方法，是由氫氧化鎳為主要活性物質的正極板，鹼金屬氫氧化物水性電解液和儲氫合金粉與活性碳材料為主要活性物質組成的混合負極板，以及隔膜密封在不鏽鋼或工程塑料外殼內構成，具有儲能密度大、放電功率高等特點。本超級電容器工作電壓可達1.3V，最大儲能密度達到65Wh/kg，可廣泛應用於電動公交車的動力電源、車輛低溫啟動用動力電源、軍用裝備的動力電源，如航空航天、殲擊機、潛艇、艦艇等裝備用電容器，也可應用在可攜式設備用高容量動力電源，如筆記本電腦、手機、電動工具用電容器等。應用領域涉及到車輛、交通、工業、航空、軍事、消費電子、綠色能源等，具有非常廣泛的應用前景。
文檔編號H01G9/008GK102509614SQ20111029450
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者呂小鋼, 周亮, 周國泰, 李建穎, 楊玉勳, 王旭, 王灝增, 賈遠東 申請人:天津國泰之光新材料技術研究院有限公司