一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，通过气流粉碎的方式使PTFE粉末实现纤维化，并利用搅拌分散机将浆料分散均匀，利用辊压机将电极内部结构稳定化，最终得到一种含三维立体粘结剂体系的高性能超级电容器电极片；所述方法简单，易操作，克服了传统工艺湿法纤维化后再压膜所需热辊压机要求高的问题；此外采用气流粉碎机使PTFE粉末在电极内部形成了纤维化，PTFE纤维和粘结剂联合作用，在超级电容器电极片内部形成了三维立体的粘结剂网络结构，最终制得了体积密度较高、电性能优异的超级电容器电极片。

Preparation process of supercapacitor electrode with PTFE fiber

The invention relates to a preparation method of electrode sheet of supercapacitor containing PTFE fibers. The PTFE powder is fibrozed by air stream comminution, the slurry is evenly dispersed by agitator, and the inner structure of the electrode is stabilized by roller press. Finally, a high performance super with three-dimensional binder system is obtained. Capacitor electrode sheet; The method is simple and easy to operate, which overcomes the high requirement of hot roll press for re-pressing film after wet fibrosis in traditional process; In addition, the PTFE powder is fibrozed in the electrode by using airflow pulverizer, and three kinds of PTFE fibers and binders are formed in the electrode sheet of supercapacitor by the combined action of PTFE fibers and binders. With the three-dimensional binder network structure, the electrodes of supercapacitors with high bulk density and excellent electrical properties were finally prepared.

【技术实现步骤摘要】
一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备工艺
本专利技术属于超级电容器
，特别涉及一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备工艺。技术背景21世纪人口急剧增长，社会经济迅速发展，而经济发展的首要问题是能源，因此世界能源需求激增。近年石油、煤炭、天然气等传统能源的使用效率低，人类越来越频繁地遭遇环境污染和能源问题；与此同时，能源应用形态也正在随着高科技信息化时代的来临而变化，可再生、无污染、小型分立的可移动高性能电源需求快速增长，这其中超级电容器作为高效率的能源转换装置越来越受到关注和重视。超级电容是一种介于传统电容和二次电池之间的新型储能器件，兼具传统电容器的高功率特性和电池的高能量特性；超级电容器的高比功率、大电流充放电能力、长寿命、超低温性能、高可靠性、绿色环保等特点，使其在交通运输、再生能源、工业电子、军事装备等诸多领域作为功率电源或储能电源具有独特的优势；因此，超级电容器作为本世纪重点发展的新型储能产品之一，正在为越来越多的国家和企业争相研制和生产。超级电容器电极片作为超级电容器的关键组成部分，直接影响着超级电容器的各方面性能。当前，工业生产上，超级电容器电极片主要是采用湿法工艺配制成水系浆料，然后利用涂布机涂布的方法制备而成，所选用的主流粘结剂包括丁苯橡胶、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯丙烯酸酯等，但是以上粘结剂在电极内部均是以颗粒物形式存在，即其粘结作用是通过粘结剂大分子与活性炭、导电剂颗粒间点与点之间相互粘结而实现的；制备好的电极片还需要通过辊压、分切、钉卷、干燥等工序才能制作成超级电容器，并且在超级电容器的使用过程中，随着大电流、高低温的工况的冲击，电极片的粘结效果逐渐失效，造成电极片发硬、出现折痕，甚至活性物质涂层剥落的现象，直接导致超级电容器的容量、内阻、漏电流等各项性能变差。例如，专利CN100530464在溶剂中溶解复合粘结材料，分散碳素材料粉末、导电材料，制成固体物体积含量为10～25％的浆料，将该浆料涂布于集电极表面，干燥，压至厚度为60～150μm，使极化极与集电极成为一体并能牢固粘结成带状电极，制得超级电容器电极片。该专利采用的粘结剂包含95％～50％聚四氟乙烯的复合粘结剂，其存在形式为乳液。专利CN105225847将粉态活性炭、粘结剂聚四氟乙烯粉末、导电剂三者按照进行干态粉体均匀混合，在超强剪切机作用下加热，进行剪切形变混合，得到干态炭膜；通过预先向铝箔表面喷涂导电胶后，形成导电涂层，将干态炭膜分别均匀粘贴在导电涂层上，加热固化，即可得到最终干法超级电容器电极。如本专利技术一样，利用气流粉碎机将混合粉料中的PTFE颗粒纤维化并通过搅拌分散机配制成湿法浆料，并涂布成超级电容器电极片，目前尚未有该方面的专利。
技术实现思路
针对现有技术上的缺点，本专利技术的目的是要提供一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，包括：1)将活性炭、导电剂及PTFE粉末按照一定的比例混合；2)将所述混合物加入气流粉碎机中，通过气流粉碎机将PTFE粉末剪切形变成纤维状，并进一步均匀混合；3)将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和分散剂，搅拌分散一段时间后再加入粘结剂，随后抽真空，继续搅拌形成浆料；或者将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和粘结剂时，搅拌分散一段时间后直接抽真空，继续搅拌形成浆料；4)将步骤3)中所得浆料涂布于铝箔集流体上，烘干固化得电极片粗品；5)通过辊压机将步骤4)中所得电极片粗品进行辊压，即得最终产品。在一些实施方式中，所述活性炭选自椰壳活性炭、石油焦活性炭、煤质活性炭、石墨烯复合活性炭的一种或几种的混合，优选椰壳活性炭。在一些实施方式中，所述导电剂选自金属粉末、乙炔黑、科琴黑、炉黑、导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯的至少一种或几种的混合，优选乙炔黑、科琴黑或导电炭黑。在一些实施方式中，所述活性炭粉末、导电剂、PTFE粉末的质量比为1:0.01～0.2:0.01～0.2，优选1:0.01～0.1:0.01～0.1。在一些实施方式中，所述步骤2)中气流粉碎机工作时进气压力为0.1Mpa～1.5MPa，优选0.5MPa～1.0MPa。在一些实施方式中，所述气流粉碎机粉碎时间为1min～90min，优选5min～60min。在一些实施方式中，所述步骤3)中溶剂选自水、无水乙醇、甲乙酮、丙酮、异丙醇、正丁醇、N-甲基吡咯烷酮、γ-羟基丁酸内酯、甲苯的一种或两种的混合，优选水、异丙醇或N-甲基吡咯烷酮。在一些实施方式中，所述步骤3)中粘结剂分为水系粘结剂和油系粘结剂；其中水系粘结剂选自聚氧乙烯、丁苯橡胶、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、聚苯乙烯丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚N-乙烯基乙酰胺、聚四氟乙烯中的一种或多种，优选丁苯橡胶和羧甲基纤维素钠混合使用；油系粘结剂选自聚偏二氟乙烯或聚乙烯醇，优选聚偏二氟乙烯；分散剂选自羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素铵、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素，优选羧甲基纤维素钠。在一些实施方式中，所述步骤3)中抽真空压力为-0.1～-0.05MPa；在一些实施方式中，所述步骤4)中涂布方式选自刮刀法、浸渍法、转移式涂布法、凹版印刷法或挤压涂布法，优选采用转移式涂布机进行涂布。在一些实施方式中，所述步骤4)中浆料涂布厚度为50～400μm，优选100～300μm。在一些实施方式中，所述步骤5)中辊压方法选自冷辊法、冷辊法辊前预加热、油浴热辊或蒸汽热辊，优选油浴热辊法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过气流粉碎的方式使PTFE粉末实现纤维化，并利用搅拌分散机将浆料分散均匀，利用辊压机将电极内部结构稳定化，最终得到一种含三维立体粘结剂体系的高性能超级电容器电极片；所述方法简单，易操作，克服了干法压膜工艺先压膜再与集流体复合，对热辊压机和热复合机要求高和工艺复杂的问题，此外采用气流粉碎机使PTFE粉末在电极内部形成了纤维化，PTFE纤维和粘结剂联合作用，在超级电容器电极片内部形成了三维立体的粘结剂网络结构，最终制得了体积密度较高、电性能优异的超级电容器电极片；正是由于电极片内部PTFE纤维的存在，使得电极片在使用过程中的抗劣化能力显著增强，高温耐久性能优异。附图说明图1：工艺流程图图2：实施例1的扫描电镜照片术语定义本专利技术意图涵盖所有的替代、修改和等同技术方案，它们均包括在如权利要求定义的本专利技术范围内。本领域技术人员应认识到，许多与本文所述类似或等同的方法和材料能够用于实践本专利技术。本专利技术绝不限于本文所述的方法和材料。在所结合的文献、专利和类似材料的一篇或多篇与本申请不同或相矛盾的情况下(包括但不限于所定义的术语、术语应用、所描述的技术等等)，以本申请为准。应进一步认识到，本专利技术的某些特征，为清楚可见，在多个独立的实施方案中进行了描述，但也可以在单个实施例中以组合形式提供。反之，本专利技术的各种特征，为简洁起见，在单个实施方案中进行了描述，但也可以单独或以任意合适的子组合提供。除非另外说明，本专利技术所使用的所有科技术语具有与本专利技术所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本专利技术涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本专利技术。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，包括：1)将活性炭、导电剂及PTFE粉末按照一定的比例混合；2)将所述混合物加入气流粉碎机中，通过气流粉碎机将PTFE粉末剪切形变成纤维状；3)将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和分散剂，搅拌分散一段时间后再加入粘结剂，随后抽真空，继续搅拌形成浆料；或者将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和粘结剂时，搅拌分散一段时间后直接抽真空，继续搅拌形成浆料；4)将步骤3)中所得浆料涂布于铝箔集流体上，烘干固化得电极片粗品；5)通过辊压机将步骤4)中所得电极片粗品进行辊压，即得最终产品。

【技术特征摘要】
1.一种含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，包括：1)将活性炭、导电剂及PTFE粉末按照一定的比例混合；2)将所述混合物加入气流粉碎机中，通过气流粉碎机将PTFE粉末剪切形变成纤维状；3)将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和分散剂，搅拌分散一段时间后再加入粘结剂，随后抽真空，继续搅拌形成浆料；或者将步骤2)中所得混合物加入搅拌分散机中，加入溶剂和粘结剂时，搅拌分散一段时间后直接抽真空，继续搅拌形成浆料；4)将步骤3)中所得浆料涂布于铝箔集流体上，烘干固化得电极片粗品；5)通过辊压机将步骤4)中所得电极片粗品进行辊压，即得最终产品。2.根据权利要求1所述的含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，活性炭选自椰壳活性炭、石油焦活性炭、煤质活性炭、石墨烯复合活性炭的一种或多种的混合。3.根据权利要求1所述的含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，所述导电剂选自金属粉末、乙炔黑、科琴黑、炉黑、导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯的一种或多种的混合。4.根据权利要求1所述的含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，所述活性炭粉末、导电剂、PTFE粉末的质量比为1:0.01～0.2:0.01～0.2。5.根据权利要求1所述的含PTFE纤维的超级电容器电极片的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中气流粉碎机工作时进...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭德超，郭义敏，何凤荣，
申请(专利权)人：东莞市东阳光电容器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44