大容量軟包裝有機超電容製作方法
2023-05-10 22:18:51 2
專利名稱：大容量軟包裝有機超電容製作方法
技術領域：
本發明屬於超級電容器技術領域，具體涉及一種大容量軟包裝有機超電 容製作方法。
背景技術：
^級電容器(S叩ercapacitor或pltra capacitor)又稱超大容量電容器或者 電化學電容器，是介於傳統電容器和電池之間的一種新型儲能器件。與傳統 電容器相比，超級電容器具有容量更大以及能量密度更高，其容量可達法拉 (F)甚至數千法拉，而傳統電容器只有微法(pF)級；與電池相比，超級 電容器具有更高的功率密度和更長的循環壽命，可實現大電流充放電，工作
溫度範圍可達-40 +75'C，己成為世界各國研究開發的熱點。
超級電容器儲存電荷的能力強，並具有充放電速度快、效率高、對環境 無汙染、循環壽命長、使用溫度範圍寬、安全性高等特點。因其具有高比功 率、大電容和循環壽命長等特點，在航空航天、軍工領域、汽車行業、通信 領域、儀器儀表、消費電子、電動玩具等領域具有廣闊的應用前景。
按照電解液分類，超級電容器可以分為無機型超級電容器和有機型超級 電容器兩大類。前者一般以水為溶劑，硫酸或氫氧化鉀為電解質，單體工作 電壓低(只有1.5V左右)，且有較強的腐蝕性；後者一般以碳酸乙烯脂、碳 酸丙烯脂等為溶劑、四氟硼酸四乙基銨為電解質，單體工作電壓高(達2.5V 以上)，儲能密度高，是超級電容器今後的發展趨勢。
按照採用的外殼分類，超級電容器有金屬殼和鋁塑膜(即軟包裝)兩大 類。由於金屬殼重量較大，比能量和比功率相對較低，所以近年來鋁塑膜有 機型超級電容器的用量在不斷增加。但是，目前市場上廣泛使用的鋁塑膜有 機型超級電容器的單體容量一般在500F以下，放電比功率只有4500w/kg以下，難以滿足大容量高功率的使用要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種大容量軟包裝有機超電容製作方法，以滿足 大容量高功率使用要求，且便於製造、可靠性高。
為實現上述目的，本發明提供一種由正負極片、隔膜、電解液、極耳、 鋁塑膜外殼等組成的大容量軟包裝有機超電容的製作方法，其中正負極片採 用疊片式工藝技術，具體步驟如下以活性炭作為主要活性物質、以腐蝕鋁 箔或光面鋁箔作為集流體製成正負極片，然後將塗有活性物質的正負極片和 隔膜逐個疊加製成極群並引出極耳，以鋁塑膜作為外殼，注入電解液後，制 成單體大容量軟包裝有機超電容。
本發明將以活性炭作為主要活性物質的正負極漿料塗覆在電極基體上制 成正負極片，然後將正負極片和隔膜逐個疊加製成極群，再將極群裝入鋁塑 膜外殼中並引出極耳，最後向鋁塑膜外殼中注入電解液，即製成單體有機超 電容。極群的疊片採用正極片、負極片和隔膜逐個疊加的方式，具體如正極 片、隔膜、負極片、隔膜……，以此循環到最後一個極片，或者採用負極片、 隔膜、正極片、隔膜……，以此循環到最後一個極片。
其中活性炭採用竹碳或椰殼碳製作。
電極基體(即集流體)採用腐蝕性鋁箔或光面鋁箔，電極基體的厚度為 15 50pm，極耳採用鋁片、鎳片或鋁鎳片，其寬度為60mm~ 150mm，輸出 方式為兩端或同側輸出。
正負極活性物質中活性炭的含量為60~92wt.%，導電炭黑的含量為 2~7wt,%， LA132、 PVDF或PTFE的含量為0.2~5wt.%， CMC的含量為1~3 wt.% (各組分之和滿足100%)。
上述各活性物質加入適量水或NMP混合成正負極漿料，然後塗覆在電 極基體上，塗覆至極片的單面厚度達到65 100^im即可。製作正負極漿料時 一般先將活性炭和導電炭黑幹混，再加入由水或NMP混合而成的其他物質， 攪拌至適合塗覆的粘度。也可以將所有成分加入水或NMP —起混合攪拌至適合塗覆的粘度。
電極基體上塗覆後烘乾，然後將極片分切成需要的尺寸，並衝切或焊接 極耳。
隔膜採用PP膜、PE膜或PP/PE膜。
正負極片採用疊片式工藝技術，即將正負極片和隔膜逐步疊加製成極 群。正負極片的數目可以根據需要的具體超級電容器的參數決定，疊片沒有 固定的數目要求，主要在於極片的尺寸大小，極片越大數量越少；本發明的 實施例中採用正負極片各40片即可達到單體容量4000F。本發明通過疊片式
工藝技術和寬極耳結構設計以及其他工藝的配合可以使超電容具有高峰值比 功率，其峰值比功率可達到9600w/kg以上。
電解液中電解質採用四氟硼酸四乙基銨或四氟硼酸甲基三乙基銨中的 一種或兩種，溶劑一般採用碳酸乙烯脂和碳酸二乙脂。電解質的用量可以從 其濃度和注液量的總量中進行換算，其餘則為溶劑的用量；複合溶劑之間的 用量關係一般採用等比例法。
本發明以鋁塑膜作為外殼，目前超級電容器基本採用金屬鋁殼，本發明 採用鋁塑膜包裝製作超電容可以明顯減輕其重量，提高比功率；採用疊片式 而不是巻繞式工藝製作極群，可以明顯降低內阻，提高比功率。
本發明採用寬極耳，可以提高單體放電電流，進而提高比功率，有機超 電容峰值比功率可以達到8000w/kg以上;極群巻繞式工藝很難製作大容量超 電容， 一般在500F以下；而本發明採用疊片式製作,則可以製作單體容量 4000F以上的大容量的單體超電容。
具體實施方式
實施例1
將87wt。/。活性炭、8wt。/。導電炭黑幹混l~2h，同時將5wt.。/。 PVDF、適 量NMP在另一個容器中混合2~3h，然後將PVDF和NMP的混合物倒入活 性炭與導電炭黑的混合物中繼續攪拌5 6h，在達到所需粘度後停止攪拌。將 混好的混合物塗覆在厚度為30pm的腐蝕鋁箔上，控制極片單面厚度為80nm，烘乾後將極片分切成160mm (W) *270mm (L)的尺寸，並在270mm 長度方向上衝切出80mm (W) *80mm (L)極耳，作為正極片。
將85wt。/。活性炭、7wt。/。導電炭黑幹混l~2h，同時將5wt.。/。 LA132、 3 wt.% CMC以及適量的水在另一個容器中混合2~3h，然後將LA132、 CMC 的混合物倒入活性炭與導電炭黑的混合物中繼續攪拌5~6h，在達到所需粘度 後停止攪拌。將混好的混合物塗覆在厚度為30pm的腐蝕鋁箔上，控制極片 單面厚度為80jim，烘乾後將極片分切成162mm (W) *272mm (L)的尺寸， 並在272mm長度方向上衝切出80mm (W) *80mm (L)極耳，極耳的位置 與正極片的極耳交錯，極耳間距控制在50mm，作為負極片。
採用單層PP膜作為隔膜，取衝切好的正負極片各40片按照正極片、隔 膜、負極片、隔膜的方式逐步疊加後，用高溫膠帶固定隔膜的末端，作為極 群；然後將極群封裝入鋁塑膜外殼中，引出極耳採用鋁鎳片，同側輸出(見
圖1)。
採用1.Omol/L的四氟硼酸四乙基銨作為電解質、碳酸乙烯脂和碳酸二乙 酯為溶劑，注液量控制在185g，即可製成容量為4000F的單體有機超電容， 其峰值比功率在8700w/kg以上。 實施例2
將87wt。/。活性炭、8wty。導電炭黑、5wt.%PTFE、適量水混合5 6h，達 到所需粘度後停止攪拌。將混好的混合物塗覆在厚度為30pm的光面鋁箔上， 控制極片單面厚度為150pm，烘乾後將極片分切成120mm (W) *200mm (L) 的尺寸，並在200mm長度方向上衝切出60mm (W) *60mm (L)極耳，作 為正極片。
將85wt。/。活性炭、7wt.。/。導電炭黑幹混l~2h，同時將5wt.% LA132、 3 wt.% CMC以及適量水在另一個容器中混合2 3h，然後將LA132、 CMC的 混合物倒入活性炭與導電炭黑的混合物中繼續攪拌5~6h，在達到所需粘度後 停止攪拌。將混好的混合物塗覆在厚度為30pm的光面鋁箔上，控制極片單 面厚度為150jim，烘乾後將極片分切成122mm (W) *202mm (L)的尺寸，並在202mm長度方向上衝切出60mm (W) *60mm (L)極耳，極耳的位置 與正極片的極耳交錯，極耳間距控制在50mm，作為負極片。
採用單層PP和PE複合膜作為隔膜，取衝切好的正負極片各40片按照 正極片、隔膜、負極片、隔膜的方式逐步疊加後，用高溫膠帶固定隔膜的末 端，作為極群；然後將極群封裝入鋁塑膜外殼中，引出極耳採用鋁片，同側 輸出(見圖1)。'
採用1.Omol/L的四氟硼酸四乙基銨作為電解質、碳酸乙烯脂和碳酸二乙 酯為溶劑，注液量控制在195g，即可製成容量為4000F的單體有機超電容， 其峰值比功率在8000w/kg以上。 實施例3
將87wt。/。活性炭、8wty。導電炭黑幹混l~2h，同時將5wty。 PVDF、適 量NMP在另一個容器中混合2~3h,然後將PVDF和NMP的混合物倒入活 性炭與導電炭黑的混合物中繼續攪拌5 6h，在達到所需粘度後停止攪拌。將 混好的混合物塗覆在厚度為30pm的腐蝕鋁箔上，控制極片單面厚度為 120)im，烘乾後將極片分切成150mm (W) *200mm (L)的尺寸，並衝切出 100mm (W) *100mm (L)極耳，作為正極片。
將85wt。/。活性炭、7wt /。導電炭黑幹混l~2h，同時將5wt.% LA132、 3 wt.% CMC以及適量水在另一個容器中混合2 3h，然後將LA132、 CMC的 混合物倒入活性炭與導電炭黑的混合物中繼續攪拌5 6h，在達到所需粘度後 停止攪拌。將混好的混合物塗覆在厚度為30pm的腐蝕鋁箔上，控制極片單 面厚度為120pm，烘乾後將極片分切成152mm (W) *202mm (L)的尺寸， 並衝切出100mm (W) *100mm (L)極耳，作為負極片。
採用單層PP膜作為隔膜，取衝切好的正負極片各40片按照正極片、隔 膜、負極片、隔膜的方式逐步疊加後，用高溫膠帶固定隔膜的末端，作為極 群；然後將極群封裝入鋁塑膜外殼中，引出極耳採用鋁鎳片，兩端輸出(見 圖2)。
採用l.Omol/L的四氟硼酸四乙基銨作為電解質、碳酸乙烯脂和碳酸二乙酯為溶劑，注液量控制在l卯g，即可製成容量為4000F的單體有機超電容， 其峰值比功率在9600w/kg以上。
權利要求
1、一種大容量軟包裝有機超電容製作方法，其特徵在於以活性炭作為主要活性物質、以腐蝕鋁箔或光面鋁箔作為集流體製成正負極片，然後將塗有活性物質的正負極片和隔膜逐個疊加製成極群並引出極耳，以鋁塑膜作為外殼，注入電解液後，製成單體大容量軟包裝有機超電容。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的集流體的厚度為15 50ijjti。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於正負極活性物質中活性炭 的含量為60 92wt.%，導電炭黑的含量為2~7wt.°/。， LA132、 PVDF或PTFE 的含量為0.2~5wt.%， CMC的含量為1~3 wt.%。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於活性物質採用水或NMP制 成正負極漿料。
5、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的隔膜為PP膜、PE 膜或PP/PE膜。
6、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的極耳採用鋁片、鎳 片或鋁鎳片中的一種或兩種。
7、 根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於所述的極耳的寬度為 60mm~ 150mm。
8、 根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於所述的極耳的輸出方 式為兩端或同側輸出。
9、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電解液中的電解質採用四 氟硼酸四乙基銨或四氟硼酸甲基三乙基銨中的一種或兩種。
10、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電解液中電解質的溶劑採 用碳酸乙烯脂和碳酸二乙脂。
全文摘要
本發明公開了一種大容量軟包裝有機超電容製作方法，以活性炭作為主要活性物質、以腐蝕鋁箔或光面鋁箔作為集流體製成正負極片，然後將塗有活性物質的正負極片和隔膜逐個疊加製成極群並引出極耳，以鋁塑膜作為外殼，注入電解液後，製成單體大容量軟包裝有機超電容。本方法得到的有機超電容，其單體容量可以達到4000F以上，峰值比功率可以達到8000w/kg以上。
文檔編號H01G9/155GK101656155SQ200910183500
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月22日 優先權日2009年9月22日
發明者佘沛亮, 張海林, 黎彬興 申請人:南京雙登科技發展研究院有限公司