用于电极的碳薄片的制造工序制造技术

一种制作用于电极的单碳薄片的方法，包括：混合活性碳；将包含聚四氟乙稀粘合剂和水的分散体添加到活性碳，以便形成混合物；将混合物添加到喷射磨机，并使聚四氟乙稀粘合剂纤维化；以及将具有被纤维化的聚四氟乙稀的混合物馈送至辊磨机，以便在单程中形成单碳薄片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电极的碳薄片的制造工序本PCT国际申请要求于2011年5月3日向美国专利局提交的美国临时专利申请61/481,848的优先权。
本专利技术针对制造用于铅酸蓄电池、超级电容器或者储能装置中的电极的单碳薄片的方法。
技术介绍
已知的制造用于电池或者储能装置的电极的方法使用碳作为活性物质并使用聚四氟乙烯(PTFE)树脂作为粘合剂。聚四氟乙烯树脂可以通过对树脂施加剪力而纤维化。这些小纤维将碳粒子聚集在一起，使得碳粉能够被形成为薄片。纤维化允许聚四氟乙稀被用于在重量百分数上较低的载荷，并且因为它通过缠结而不是涂层将碳粒子聚集在一起，所以活性碳的大的表面区域保持可进入电解质。然而，除非被润滑了，不然纤维化的聚四氟乙烯粘合剂颗粒将会和其他纤维化的聚四氟乙烯颗粒凝聚。如果小纤维凝聚，那么聚四氟乙稀作为粘合剂的有效性被减小。液体润滑剂必须能够在聚四氟乙稀的表面上润湿。已知的聚四氟乙烯润湿剂包括石脑油、酒精、MEK和含氟表面活性剂。水不润湿聚四氟乙稀，且因此在不利用有机溶剂的工序中，润滑必须来自碳粒子。这需要粘合剂在施加剪力之前就被非常好地分散在碳基体中。已知的制造用于电极的碳薄片的方法具有需要有机溶剂的缺点。除了对制造工序增加显著的成本之外，这些溶剂还会造成健康、安全和环境问题。另外，一旦薄片已经被形成，就可能难以完全地将溶剂从碳薄片上除去。如果溶剂残留在薄片中，那么薄片在含水电解质中将不会适当地润湿，导致差的电化学性能。
技术实现思路
根据本专利技术的第一实施例，一种制作电极的单碳薄片的方法，其特征在于，混合活性炭；将包含聚四氟乙稀粘合剂和水的分散添加入所述活性炭以便形成混合物；将所述混合物添加入喷射磨，`并纤维化所述聚四氟乙稀粘合剂；以及将具有被纤维化的聚四氟乙稀的所述混合物馈送至辊磨，以便在单程中形成单碳薄片。根据本专利技术的第二实施例，第一实施例的方法的进一步特征在于将所述活性炭与导电碳混合。本专利技术的好处在于形成用于电极的碳薄片，而不需要溶剂。本专利技术的另一个好处在于以连续或者半连续的方式来形成用于电极的碳薄片。本专利技术的另一个好处还在于经由滚压机在单程或者单个步骤中形成用于电极的碳薄片。本专利技术的另一个好处还在于形成用于具有改善的能量密度的电极的碳薄片。本文所使用的“实质上”、“通常”、“相关地”、“近似”以及“大约”是意欲表示来自如此修改的特性的可允许偏差的修饰词。其并非是意欲限制于绝对值或特性，其虽有修改但是相当接近或者近似实体的或功能的特性。对“一个实施例”、“实施例”或“在实施例中”的提及，意指被提及的特征被包括在本专利技术的至少一个实施例中。此外，对“一个实施例”、“实施例”、或者“在实施例中”的单独提及，并非必然是指相同的实施例；然而，两者不相互排斥，除非如此表述，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，本专利技术能够包含在本文中描述的实施例的组合以及/或者整合的任何变化。在下面的描述中，参照显示用于说明可以实践本专利技术的具体实施例的附图。下述说明性的实施例被充分详细地描述，以便本领域的技术人员能够实施本专利技术。应当理解，在不脱离本专利技术范围的情况下，可以采用其它实施例，并且可以基于已知的结构性等价物以及/或者功能性等价物作出许多结构改变。【附图说明】图1是根据本专利技术的实施例的碳薄片加工工序的流程图。图2是根据本专利技术的实施例的电极的示意图。【具体实施方式】本专利技术针对用于铅碳电池、电容器或者储能装置中的至少一个中的电极的碳薄片的制造工序。根据本专利技术的工序以连续的或者半连续的方式来生产碳薄片。更进一步地，碳/聚四氟乙稀粘合剂 混合物在单个步骤中被形成为薄片。现在参考图1，说明根据本专利技术的实施例的工序200的流程图。根据本专利技术的一个以上实施例，活性碳(例如，粉末)和聚四氟乙烯(PTFE)粘合剂被彻底混合在一起205。混合物可以包含导电碳，例如石墨或者碳黑。混合物可以进一步包含加工助剂(例如，水或者表面活性剂)。混合物在质量上可以包含大约60%-99%的活性碳和大约1%-20%的聚四氟乙稀粘合剂。导电添加剂在质量上可以呈现0%-50%的量，例如质量上大约1-40%。加工助剂可以包含混合物质量上的1%_10%。可以通过连续式的或者分批式的混合机来进行混合。在特定的实施例中，活性碳可以呈粒状的形态。粒状碳可以被喷射磨机(jetmill)研磨成大小为7到9 μ m的d50粒子。在特定的实施例中，聚四氟乙稀粘合剂可以呈聚四氟乙烯分散体的形态，聚四氟乙烯分散体包含质量上大约60%的固体聚四氟乙稀和大约40%的水。少量的表面活性剂也可以存在于聚四氟乙烯分散体中。在特定的实施例中，材料在质量上由87%的活性碳、4.3%的碳黑和8.7%的聚四氟乙稀(固体)组成。然后，混合物被纤维化210。纤维化能够在至少混合步骤205、单独的纤维化步骤、随后的形成步骤215中的至少一个步骤的期间内出现，或者在这些步骤的任何组合的期间内出现。根据本专利技术，碳/聚四氟乙烯混合物被送至喷射磨机，用于纤维化。由高速气流产生的高剪力使聚四氟乙稀粘合剂纤维化。接着，纤维化的碳/聚四氟乙烯混合物在一个步骤中被形成为单个薄片215。根据本专利技术，纤维化的碳/聚四氟乙烯混合物可以经由磨机，例如，2辊磨机(2-ro11 mi 11)在单程中被直接形成为薄片。薄片可以具有I至4mm,例如，1.7mm至2.4mm (例如,2.1mm)的厚度。如果必要的话，碳/聚四氟乙烯薄片被干燥220，以便除去任何加工助剂，并受到压延加工225。如果电极要被用于利用有机电解质的装置，则理想的是通过干燥来防止污染。在含水系统中，几乎不考虑残留的水。如果存在表面活性剂，则可以通过加热碳/聚四氟乙烯薄片超过290°C来去除表面活性剂，如果需要的话。根据一个以上实施例，如果需要的话，可以只需压延加工来增加密度并减小碳/聚四氟乙烯薄片厚度。如果碳/聚四氟乙烯薄片被形成为在容许的厚度和密度容许量内的期望厚度，则可以不需要额外的压延加工。为了使在电解质中的离子能够进入电极的整个碳表面区域，薄片在含水电解质中必须具有良好的润湿性。接着，碳/聚四氟乙烯薄片被切割以便形成电极230。图2图解了电极，例如，电池或者储能装置中的负电极。负电极10包含集电器20。该集电器20可以具有任何有效的几何形状，但是优选的是平面的并且呈薄片、箔片、或者网格的形态。通过使抗腐蚀性导电涂层22 (例如，石墨)被紧固于其上，集电器20的至少一个面的至少实质上的一部分表面，即使不是全部表面被保护免于腐蚀。负电极还包括粘附于抗腐蚀性涂层22并与抗腐蚀性涂层22电接触的电化学活性物质24 (即，根据本专利技术的活性碳和纤维化的聚四氟乙稀薄片)。接头部分可以从负电极的一侧，例如，从集电器20延伸。在实施例中，接头部分是集电器的延伸部。以下是根据本专利技术的方法的没有限制的说明性的实例。实例1活性碳粉末(30g)在球磨机(ball mill)中与3g碳黑相结合并被混合I个小时。接着，4克的聚四氟乙稀的含水分散体(60%固体)被添加到碳中并且在球磨机中持续混合直到粘合剂被均匀地分散(大约4小时)。接着，混合物被转移至搅拌机并以22，OOOrpm被加工10分钟。所得到的材料显示了纤维化的证明并能够经由一组手辊(a set of handrolls本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作用于电极的单碳薄片的方法，其特征在于，混合活性碳；将包含聚四氟乙稀粘合剂和水的分散体添加到所述活性碳，以便形成混合物；将所述混合物添加到喷射磨机，并使所述聚四氟乙稀粘合剂纤维化；以及将具有被纤维化的聚四氟乙稀的所述混合物输送至辊磨机，以便在单程中形成单碳薄片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.03 US 61/481,8481.一种制作用于电极的单碳薄片的方法，其特征在于， 混合活性碳； 将包含聚四氟乙稀粘合剂和水的分散体添加到所述活性碳，以便形成混合物； 将所述混合物添加到喷射磨机，并使所述聚四氟乙稀粘合剂纤维化；以及 将具有被纤维化的聚四氟乙稀的所述混合物输送至辊磨机，以便在单程中形成单碳薄片。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步将所述活性碳与导电碳混合。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述导电碳包含石墨或者碳黑中的至少一个。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步将表面活性剂添加到所述混合物。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合物在喷射研磨之前包含60-99wt.%的活性碳和l_20wt.%的聚四氟乙稀。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述混合物在喷射研磨之前进一步包含1-40%的导电碳。7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述单碳薄片具有I至4mm的厚度。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：杰·丹德瑞，
申请(专利权)人：阿克逊动力国际公司，
类型：
国别省市：