專利名稱：超級(jí)電容器電極片用膜片及其制造系統(tǒng)及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器電極片，尤其涉及一種超級(jí)電容器電極片用膜片及其 制造系統(tǒng)及工藝。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容器是近些年來發(fā)展起來的介于傳統(tǒng)靜電電容器和化學(xué)電源之間的、基于 電極/溶液界面電化學(xué)過程的特中儲(chǔ)能元件。在超級(jí)電容器的制造過程中，核心技術(shù)在于電極材料和電極片的制造工藝。超級(jí) 電容器電極片的制造工藝有兩種，一種是涂布式，另一種是膜片式。涂布式制造超級(jí)電容器電極片就是把漿料涂覆在集流體上，再進(jìn)行烘干，以去除 漿料中的溶劑。盡管這種方法簡(jiǎn)單易行，但是其難于獲得均勻的涂層，而且由于需要去除漿 料中溶劑，殘留溶劑會(huì)縮短電容器的使用壽命并降低最大操作電壓。膜片式制造超級(jí)電容器電極片目前常見的做法是輥壓法。在輥壓法中，無需集流 體承載，采用電極材料混合粉末經(jīng)過輥壓，由半固態(tài)成型為固態(tài)，以形成膜片。使用時(shí)將膜 片壓到金屬網(wǎng)上或者用導(dǎo)電膠粘到金屬箔上，制成極片。在膜片式制造超級(jí)電容器電極片中，目前絕大部分采用聚四氟乙烯(PTFE)作為 粘結(jié)劑。PTFE的熔點(diǎn)高、熔融粘度很大，且對(duì)于無定形狀態(tài)下的剪切很敏感，容易產(chǎn)生熔體 破裂，因此不能采用熔融擠壓、注射成型等常規(guī)的熱塑性塑料成型工藝，而是通常采用壓延 加工法利用PTFE的低凝聚力和纖維化特性，把PTFE水乳液添加到粉末狀體系中，攪拌一 定時(shí)間，PTFE原纖維絡(luò)住粉狀物，然后將其壓縮，使粉狀體變成固體，將這種固體壓延，可以 得到PTFE填充改性的薄膜。盡管該方法簡(jiǎn)單易行，但由于通常制得的膜片尺寸僅為數(shù)十厘 米見方(形如面餅)，從而難以連續(xù)生產(chǎn)數(shù)米、數(shù)十米以上的超級(jí)電容器電極片。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種超級(jí)電容器電極片用膜片及 其制造系統(tǒng)及制造工藝，其無需采用溶劑且能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。針對(duì)本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器電極片 用膜片，所述膜片包括炭黑、聚乙烯、以及活性炭粉。在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片中，優(yōu)選地，聚乙烯占20 40 %、 炭黑占5 15%、活性炭占55 75%。在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片中，優(yōu)選地，聚乙烯包括線性低密 度聚乙烯和高密度聚乙烯；炭黑與線性低密度聚乙烯用于制備炭黑母粒，其中在所述炭黑 母粒中炭黑占30 60 %、線性低密度聚乙烯占40 70 % ；活性炭粉與線性低密度聚乙烯用 于制備活性炭母粒，在所述活性炭母粒中，活性炭占50 80%、線性低密度聚乙烯占20 50% ；由所述炭黑母粒和所述活性炭母粒與高密度聚乙烯形成最終獲得聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75%的膜片。
針對(duì)本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器電極片 用膜片的制造工藝，包括步驟步驟一將炭黑與線性低密度聚乙烯按比例混合，在第一擠 出機(jī)中擠出造粒，獲得炭黑母粒；步驟二 將活性炭粉與線性低密度聚乙烯按比例混合，在 第二擠出機(jī)中造粒，獲得活性炭母粒；步驟三將炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯 按比例進(jìn)行混合，在第三擠出機(jī)擠出中由炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯構(gòu)成的膏坯； 步驟四膏坯在固化器中移動(dòng)并從外到內(nèi)冷卻固化，以使膏坯從固化器中移出時(shí)形成外為 坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；步驟五由軟芯壓下輥組對(duì)坯料進(jìn)行軟芯壓下，以獲得半成品 板料；步驟六，通過剪切機(jī)將半成品板料定尺剪切及切邊；步驟七定尺剪切及切邊后的 半成品板料進(jìn)入加熱保溫裝置中加熱保溫；步驟八將加熱保溫后的半成品板料送入精軋 機(jī)組進(jìn)行精軋，以獲得片材；步驟九將精軋后的片材輸送至冷卻裝置中，進(jìn)行冷卻，以形 成成品膜片；以及步驟十將成品膜片經(jīng)卷取機(jī)收集卷曲。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟一 中，炭黑與線性低密度聚乙烯的混合比例為炭黑30 60%、線性低密度聚乙烯40 70%， 第一擠出機(jī)為雙螺旋擠出機(jī)，第一擠出機(jī)的機(jī)身溫度為240 280°C、機(jī)頭溫度為245 285 "C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟二 中，活性炭粉與線性低密度聚乙烯的混合比例為活性炭50 80%、線性低密度聚乙烯20 50%，第二擠出機(jī)為雙螺旋擠出機(jī)，第二擠出機(jī)的機(jī)身溫度為255 290°C、機(jī)頭溫度為 260 295O。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟三 中，炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯混合后，最終聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75% ；第三擠出機(jī)為第三擠出機(jī)，采用帶成型模具的雙螺旋擠出機(jī)，所 述成型模具的出口優(yōu)選為矩形，其中，第三擠出機(jī)的機(jī)身溫度為260 295°C、機(jī)頭溫度為 265 300"C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟四 中，從所述固化器出來的坯料的出口速度稍大于所述第三擠出機(jī)中擠出的膏坯的擠出速度。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟四 中，固化器的冷卻水的流速控制保證膏體與固化器壁接觸處的溫度達(dá)到100 120°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟五 中，所述軟芯壓下輥組由呈立彎式的多對(duì)帶液壓缸的溫控輥組成，軟芯壓下輥組的壓下量 采用前期小的壓下量、且隨著坯殼厚度的逐漸增加來逐漸增加壓下量，同時(shí)采用控制吹風(fēng) 進(jìn)行二次冷卻控制，二次冷卻時(shí)的溫度范圍控制在60 80°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟七 中，加熱保溫裝置采用帶保溫罩的輥底式爐，輥?zhàn)颖砻鏈囟瓤刂圃?00 120°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟八 中，采用多機(jī)架二輥式軋機(jī)構(gòu)成的精軋機(jī)組升速軋制，速度控制在2 lOm/min，精軋機(jī)間 速比為1. 1 1. 2，輥?zhàn)颖砻鏈囟瓤刂圃?0 70°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，優(yōu)選地，在所述步驟九中，采用氣體控制上下均勻緩慢冷卻方式，成品膜片卷曲前的溫度為20 25°C。針對(duì)本發(fā)明的目的，在本發(fā)明的第三方面，本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器電極片 用膜片的制造系統(tǒng)，包括第一擠出機(jī)，用于將按炭黑與線性低密度聚乙烯擠出造粒，以獲 得炭黑母粒，并將所述炭黑母粒供給第三擠出機(jī)；第二擠出機(jī)，用于將按活性炭粉與線性低 密度聚乙烯擠出造粒，獲得活性炭母粒，并將所述活性炭母粒供給所述第三擠出機(jī)；第三擠 出機(jī)，用于將所述第一擠出機(jī)獲得的炭黑母粒和所述第二擠出機(jī)獲得的活性炭母粒與高密 度聚乙烯混合并擠出由炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯構(gòu)成的膏坯；固化器，用于將所 述第三擠出機(jī)擠出的膏坯固化，以使膏坯從所述固化器中移出時(shí)形成外為坯殼內(nèi)為膏狀的 軟芯坯料；軟芯壓下輥組，用于對(duì)所述坯料進(jìn)行軟芯壓下，以獲得半成品板料；剪切裝置， 用于將所述半成品板料定尺剪切及切邊；加熱保溫裝置，用于將定尺剪切及切邊后且進(jìn)入 到其中的半成品板料加熱保溫；精軋機(jī)組，用于將加熱保溫后的半成品板料進(jìn)行精軋，以獲 得片材；冷卻裝置，用于將精軋后輸送至所述冷卻裝置下的片材冷卻，以形成成品膜片；以 及卷曲機(jī)，將所述成品膜片卷曲收集。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述第一擠出 機(jī)、所述第二擠出機(jī)、以及所述第三擠出機(jī)均為雙螺旋擠出機(jī)，且所述第三擠出機(jī)帶有出口 為矩形的成型模具。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述固化器具 有上部漏斗型下部垂直型的內(nèi)腔，且所述固化器的出口段的橫截面為矩形，在所述固化器 的壁內(nèi)通入冷卻水，所述固化器出口段的尺寸與所述成型模具的矩形出口一致。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述固化器設(shè) 置有使固化器上下振動(dòng)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述軟芯壓下 輥組由呈立彎式的多對(duì)帶液壓缸的溫控輥組成。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，所述冷卻裝置 為采用氣體控制對(duì)所述片材進(jìn)行上下均勻緩慢冷卻的裝置。利用本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)及制造工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了連續(xù) 生產(chǎn)電極片，且利用軟芯壓下，可提高生產(chǎn)效率，通過精軋和冷卻過程中產(chǎn)生的微觀裂紋， 形成可被電解液浸透的多孔結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)及制造工藝，避免了涂布式制 造超級(jí)電容器電極片中的溶劑的使用，消除了殘留溶劑對(duì)電極片性能的影響。


圖1是依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極用膜片的制造系統(tǒng)的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下1-第一擠出機(jī) 2-第二擠出機(jī) 3-計(jì)量器 4-料斗5-第三擠出機(jī) 6-成型模具 7-固化器 8-冷卻水9-振動(dòng)機(jī)構(gòu)10-軟芯壓下輥組11-剪切裝置12-加熱保溫裝置13-精軋機(jī)組 14-冷卻裝置15-卷曲機(jī)
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。首先，說明本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片。所述膜片包括炭黑、聚乙烯、以及 活性炭粉。優(yōu)選地，聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75%。在一個(gè)實(shí) 施例中，優(yōu)選地，聚乙烯包括線性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯，其中，炭黑與線性低密度 聚乙烯用于制備炭黑母粒，在所述炭黑母粒中炭黑占30 60%、線性低密度聚乙烯占40 70% ；活性炭粉與線性低密度聚乙烯用于制備活性炭母粒，在所述活性炭母粒中，活性炭占 50 80%、線性低密度聚乙烯占20 50% ；由所述炭黑母粒和所述活性炭母粒與高密度 聚乙烯形成最終獲得聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75%的膜片。其次，參照?qǐng)D1，圖1給出了依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)示 意圖。如圖1所示，依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)包括第一擠出 機(jī)1，用于將按炭黑與線性低密度聚乙烯擠出造粒，以獲得炭黑母粒，并將所述炭黑母粒供 給第三擠出機(jī)5 ；第二擠出機(jī)2，用于將按活性炭粉與線性低密度聚乙烯擠出造粒，獲得活 性炭母粒，并將所述活性炭母粒供給第三擠出機(jī)5 ；第三擠出機(jī)5，用于將第一擠出機(jī)1獲得 的炭黑母粒和第二擠出機(jī)2獲得的活性炭母粒與經(jīng)料斗4供給的高密度聚乙烯混合并擠出 由炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯(包括線性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯)構(gòu)成的膏 坯；固化器7，用于將第三擠出機(jī)5擠出的膏坯固化，以使所述膏坯從固化器7中移出時(shí)形 成外為坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；軟芯壓下輥組10，用于對(duì)所述軟芯坯料進(jìn)行壓下，以獲 得半成品板料；剪切裝置11，用于將半成品板料定尺剪切及切邊；加熱保溫裝置12，用于將 定尺剪切及切邊后的且進(jìn)入到其內(nèi)的半成品板料加熱保溫；精軋機(jī)組13，用于將加熱保溫 后的半成品板料進(jìn)行精軋，以獲得片材；冷卻裝置14，用于將精軋后輸送至冷卻裝置14中 的片材冷卻，以形成成品膜片；以及卷曲機(jī)15，將成品膜片卷曲收集。在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，第一擠出機(jī)1、第二 擠出機(jī)2、以及第三擠出機(jī)5均可為雙螺旋擠出機(jī)。第三擠出機(jī)優(yōu)選帶有出口為矩形的成型 模具6。在一個(gè)實(shí)施例中，成型模具6的出口尺寸可為長度100 150mm，寬度為70 IOOmm0在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，固化器7優(yōu)選采用 具有上部漏斗型下部垂直型的內(nèi)腔，且固化器7內(nèi)腔的出口段的橫截面優(yōu)選為矩形，在固 化器7的壁內(nèi)可通入冷卻水8。優(yōu)選地，固化器7出口段的尺寸與成型模具6的矩形出口一致。在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)成型模具的幾何尺寸，固化器7內(nèi)腔的出口段的矩形的邊 長尺寸為長度100 150mm，寬度為70 IOOmm ；固化器7內(nèi)腔的上部漏斗型的最大開口 為150 200mm ；固化器7的總高度為400_600mm。固化器7內(nèi)的冷卻水8的流速優(yōu)選為 1 2m/s且水壓優(yōu)選為0. 4 1. OMpa。優(yōu)選地，固化器7可設(shè)置有使固化器7上下振動(dòng)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)9，以使帶坯殼的坯料 順利地從固化器7中脫出并避免固化器7內(nèi)的芯部膏體反向流動(dòng)與成型模具6出來的膏體 在固化器7的上部漏斗處產(chǎn)生堆積。
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在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，所述軟芯壓下輥組 由呈立彎式的多對(duì)帶液壓缸的溫控輥組成。優(yōu)選地，所述軟芯壓下輥組還可設(shè)置有吹風(fēng)裝 置(未示出)，以對(duì)進(jìn)入到軟芯壓下輥組10中的坯料進(jìn)行二次控制冷卻。在一個(gè)實(shí)施例中， 軟芯壓下輥組10可由16-25對(duì)輥構(gòu)成。在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，加熱保溫 裝置12可采用帶保溫罩的輥底式爐。在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，優(yōu)選地，冷卻裝置 14為氣體冷卻裝置。此外，在依據(jù)本發(fā)明的所述超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)中，為了控制進(jìn) 入到第三擠出機(jī)5中的各中料的量，可設(shè)置有計(jì)量器3。下面依據(jù)圖1所示的制造系統(tǒng)中，來詳細(xì)說明本發(fā)明的超級(jí)電容器電極用膜片的 制造工藝。依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，包括步驟步驟一將炭黑 與線性低密度聚乙烯按比例混合，在第一擠出機(jī)1中擠出造粒，獲得炭黑母粒；步驟二 將 性炭粉與線性低密度聚乙烯按比例混合，在第二擠出機(jī)2中造粒，獲得活性炭母粒；步驟 三將炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯按比例進(jìn)行混合，在第三擠出機(jī)5擠出中由 炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯構(gòu)成的膏坯；步驟四膏坯在固化器7中移動(dòng)并從外到 內(nèi)冷卻固化，以使膏坯從固化器7中移出時(shí)形成外為坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；步驟五由 軟芯壓下輥組10對(duì)坯料進(jìn)行軟芯壓下，以獲得半成品板料；步驟六通過剪切機(jī)11將半成 品板料定尺剪切及切邊；步驟七定尺剪切及切邊后的半成品板料進(jìn)入加熱保溫裝置12中 加熱保溫；步驟八將加熱保溫后的半成品板料送入精軋機(jī)組13進(jìn)行精軋，以獲得片材；步 驟九將精軋后的片材輸送至冷卻裝置14中，進(jìn)行冷卻，以形成成品膜片；以及步驟十將 成品膜片經(jīng)卷取機(jī)15收集卷曲。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容 電極片用膜片的制造工藝中，在一個(gè)實(shí)施例中，在步 驟一，炭黑與線性低密度聚乙烯的混合比例為炭黑30 60%、線性低密度聚乙烯40 70%，第一擠出機(jī)1為雙螺旋擠出機(jī)，第一擠出機(jī)1的機(jī)身溫度為240 280°C、機(jī)頭溫度為 245 285"C。 依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟 二中，活性炭粉與線性低密度聚乙烯的混合比例為活性炭50 80%，線性低密度聚乙烯 20 50%，第二擠出機(jī)2為雙螺旋擠出機(jī)，第二擠出機(jī)2的機(jī)身溫度為255 290°C、機(jī)頭 溫度為260 295°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，上述步驟一和步驟二可 以分別進(jìn)行。依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟三 中，炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯的混合，使得最終聚乙烯(包括低密度聚乙烯 和高密度聚乙烯)占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75% ；第三擠出機(jī)5為 雙螺旋擠出機(jī)，第三擠出機(jī)5的機(jī)身溫度為260 295°C、機(jī)頭溫度為265 300°C。依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，在所述步驟四中，由于膏體 在固化器7中移動(dòng)受到固化器7中的冷卻水8的冷卻，形成固化坯殼，冷卻水8的冷卻速率應(yīng)控制在合適范圍內(nèi)，以使形成一定厚度的坯殼。優(yōu)選地，固化器7的冷卻水8的流速控制 保證膏體與固化器7的壁接觸處的溫度達(dá)到100 120°C。依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，在所述步驟四中，由于步驟 五的軟芯壓下輥組10對(duì)帶坯殼的坯料進(jìn)行軟芯壓下，會(huì)導(dǎo)致坯料的軟芯向固化器7反向回 流。反向回流可能會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)方面的影響，第一方面是，導(dǎo)致固化器7內(nèi)的芯部膏體向上部 漏斗方向流動(dòng)，對(duì)步驟三中從擠出機(jī)5或成型模具6出口出來的膏體產(chǎn)生反作用，可能會(huì)造 成堆積，影響膏體從固化器7中脫出，這是不利的影響；第二方面是，軟芯的回流會(huì)對(duì)固化 器7內(nèi)的坯殼產(chǎn)生作用，使得坯殼與固化器7的壁保持接觸，避免在固化器7的內(nèi)壁和坯殼 之間產(chǎn)生間隙，從而保證了固化器7的冷卻性能，這個(gè)是有利的影響；為了克服上述第一方 面的不利影響，避免固化器7內(nèi)的膏體反向流動(dòng)與擠出機(jī)5或成型模具6出來的膏體在固 化器7的上部漏斗處產(chǎn)生堆積、并使得帶坯殼的坯料順利地從固化器7中脫出，由此固化器 7可設(shè)置有使固化器7上下振動(dòng)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)9。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選地，從固化器7出來 的坯料的出口速度稍大于第三擠出機(jī)5中擠出的膏坯的擠出速度。當(dāng)?shù)谌龜D出機(jī)5帶有成 型模具6時(shí)，優(yōu)選地，從固化器7出來的坯料的出口速度稍大于成型模具6的出口擠出的膏 坯的速度，從而保證了物料的不會(huì)由于速度不匹配而產(chǎn)生過度堆積或拉縮。在一個(gè)實(shí)施例 中，膏坯從固化器7中出來時(shí)，坯殼厚度優(yōu)選為10 15mm，以保證在步驟五的軟芯壓下前， 坯殼具有足夠的強(qiáng)度。依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，在所述步驟五中，軟芯壓下 輥組10由呈立彎式的多對(duì)帶液壓缸的溫控輥組成，鑒于本發(fā)明電極片膜片的膏體流動(dòng)性 以及軟芯壓下時(shí)軟芯回流對(duì)坯殼的反作用力影響，軟芯壓下輥組10的壓下量采用前期小 的壓下量、且隨著坯殼厚度的逐漸增加來逐漸增加壓下量，以避免在軟芯壓下階段，聚乙 烯形成的骨架避免過度變形而產(chǎn)生斷裂。在一個(gè)實(shí)施例中，單輥壓下量可控制在2.0 3. 5mm，總的壓下率優(yōu)選控制在50 60%。在一個(gè)實(shí)施例中，可在步驟五中同時(shí)采用控制吹 風(fēng)進(jìn)行二次冷卻控制，二次冷卻時(shí)的最低溫度控制在60 80°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，在所述步驟七中，加熱保 溫裝置12優(yōu)選采用帶保溫罩的輥底式爐，輥?zhàn)颖砻鏈囟瓤刂圃?00 120°C，從而使得半成 品板料在進(jìn)入到精軋機(jī)組13前溫度均勻，達(dá)到100 120°C。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，在所述步驟八中，利用 精軋過程中總的大壓下率，使得在片材內(nèi)于炭黑母粒、活性炭與聚乙烯之間的界面間產(chǎn)生 微觀裂紋，從而保證后期電解液的浸入，從而防止聚乙烯材料將活性材料完全包裹住、阻擋 電極片制造時(shí)電解液的進(jìn)入。此外，精軋機(jī)組13采用升速控溫軋制，速度控制在2 IOm/ min，精軋機(jī)間速比為1. 1 1. 2，輥?zhàn)颖砻鏈囟瓤刂圃?0-70°C。在一個(gè)實(shí)施例中，精軋機(jī)組 13中的單輥壓下量可控制在3 5m。例如，在步驟七中若獲得半成品板料的厚度為28mm， 則可采用8個(gè)二輥水平軋機(jī)構(gòu)成的精軋機(jī)組中，速度控制在2 lOm/min，精軋機(jī)間速比為 1. 1 1. 2，輥?zhàn)颖砻鏈囟瓤刂圃?0 70°C，精軋之后成品的厚度可為1mm。在超級(jí)電容器 電極片用膜片中，膜片成品尺寸優(yōu)選為寬度300 500mm、厚度為0. 1 1mm。在依據(jù)本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝中，在步驟九中，冷卻裝置 14采用氣體控制上下均勻緩慢冷卻方式，對(duì)將精軋后的片材進(jìn)行冷卻。利用聚乙烯的冷卻 收縮使得在精軋后的片材中于炭黑母粒、活性炭與聚乙烯之間的界面處(即在片材的表面和內(nèi)部)產(chǎn)生微觀裂紋，從而保證后期電解液的浸入；此外，對(duì)精軋后的片材進(jìn)行緩慢均勻 冷卻，應(yīng)保證冷卻后的成品膜片在卷曲前的溫度達(dá)到避免成品盤卷粘連。優(yōu)選地，精軋后的 片材通過冷卻裝置14冷卻后的表面溫度應(yīng)控制在20 25°C。利用本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片及其制造系統(tǒng)及制造工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了連 續(xù)制造電極片，而且利用軟芯壓下，可提高生產(chǎn)效率，通過精軋和冷卻過程中產(chǎn)生的微觀裂 紋，形成可被電解液浸透的多孔結(jié)構(gòu)。利用本發(fā)明的超級(jí)電容器電極片用膜片及其制造系統(tǒng)及制造工藝，避免了涂布式 制造超級(jí)電容器電極片中的溶劑的使用，消除了殘留溶劑對(duì)電極片性能的影響。此外，鑒于鋰電池電極片的構(gòu)成與超級(jí)電容器電極片的構(gòu)成的相似性，本發(fā)明的 超級(jí)電容器電極片用膜片可以同樣適用于鋰電池電極片的制造過程。由此，本發(fā)明的范圍 涵蓋鋰離子電子電極片和超級(jí)電容器電極片。
權(quán)利要求
一種超級(jí)電容器電極片用膜片，其特征在于，所述膜片包括炭黑、聚乙烯、以及活性炭粉。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器電極片用膜片，其特征在于，聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75%。
3.依據(jù)權(quán)利要求2所述的超級(jí)電容器電極片用膜片，其特征在于，聚乙烯包括線性低 密度聚乙烯和高密度聚乙烯；炭黑與線性低密度聚乙烯用于制備炭黑母粒，在所述炭黑母 粒中，炭黑占30 60%、線性低密度聚乙烯占40 70%;活性炭粉與線性低密度聚乙烯用 于制備活性炭母粒，在所述活性炭母粒中，活性炭占50 80%、線性低密度聚乙烯占20 50% ；由所述炭黑母粒和所述活性炭母粒與高密度聚乙烯形成最終獲得聚乙烯占20 40%、炭黑占5 15%、活性炭占55 75%的膜片。
4.一種超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，包括步驟步驟一將炭黑與線性低密度聚乙烯按比例混合，在第一擠出機(jī)中擠出造粒，獲得炭黑 母粒；步驟二 將活性炭粉與線性低密度聚乙烯按比例混合，在第二擠出機(jī)擠出造粒，獲得活 性炭母粒；步驟三將炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯按比例進(jìn)行混合，在第三擠出機(jī)擠 出中由炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯構(gòu)成的膏坯；步驟四膏坯在固化器中移動(dòng)并從外到內(nèi)冷卻固化，以使膏坯從固化器中移出時(shí)形成 外為坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；步驟五由軟芯壓下輥組對(duì)坯料進(jìn)行軟芯壓下，以獲得半成品板料； 步驟六，通過剪切機(jī)將半成品板料定尺剪切及切邊； 步驟七定尺剪切及切邊后的半成品板料進(jìn)入加熱保溫裝置中加熱保溫； 步驟八將加熱保溫后的半成品板料送入精軋機(jī)組進(jìn)行精軋，以獲得片材； 步驟九將精軋后的片材輸送至冷卻裝置中，進(jìn)行冷卻，以形成成品膜片；以及 步驟十將成品膜片經(jīng)卷取機(jī)收集卷曲。
5.依據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，其特征在于，在步 驟一中，炭黑與線性低密度聚乙烯的混合比例為炭黑30 60%、線性低密度聚乙烯40 70%，第一擠出機(jī)為雙螺旋擠出機(jī)，第一擠出機(jī)的機(jī)身溫度為240 280°C、機(jī)頭溫度為 245 285"C。
6.依據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，其特征在于，在步驟 二中，活性炭粉與線性低密度聚乙烯的混合比例為活性炭50 80%、線性低密度聚乙烯 20 50%，第二擠出機(jī)為雙螺旋擠出機(jī)，第二擠出機(jī)的機(jī)身溫度為255 290°C、機(jī)頭溫度 為 260 295"C。
7.依據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，其特征在于，在步驟 三中，炭黑母粒和活性炭母粒與高密度聚乙烯混合后，最終聚乙烯占20 40 %、炭黑占5 15%、活性炭占55 75% ；第三擠出機(jī)為第三擠出機(jī)，采用帶成型模具的雙螺旋擠出機(jī)，所 述成型模具的出口優(yōu)選為矩形，其中，第三擠出機(jī)的機(jī)身溫度為260 295°C、機(jī)頭溫度為 265 300"C。
8.依據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，其特征在于，在所述步驟四中，固化器的冷卻水的流速控制保證膏體與固化器壁接觸處的溫度達(dá)到100 120°C。
9.依據(jù)權(quán)利要求4所述的超級(jí)電容器電極片用膜片的制造工藝，其特征在于，在所述 步驟五中，所述軟芯壓下輥組由呈立彎式的多對(duì)帶液壓缸的溫控輥組成，軟芯壓下輥組的 壓下量采用前期小的壓下量、且隨著坯殼厚度的逐漸增加來逐漸增加壓下量，同時(shí)采用控 制吹風(fēng)進(jìn)行二次冷卻控制，二次冷卻時(shí)的溫度范圍控制在60 80°C。
10.一種超級(jí)電容器電極片用膜片的制造系統(tǒng)，包括第一擠出機(jī)，用于將按炭黑與線性低密度聚乙烯擠出造粒，以獲得炭黑母粒，并將所述 炭黑母粒供給第三擠出機(jī)；第二擠出機(jī)，用于將按活性炭粉與線性低密度聚乙烯擠出造粒，獲得活性炭母粒，并將 所述活性炭母粒供給所述第三擠出機(jī)；第三擠出機(jī)，用于將所述第一擠出機(jī)獲得的炭黑母粒和所述第二擠出機(jī)獲得的活性炭 母粒與高密度聚乙烯混合并擠出由炭黑母粒、活性炭母粒、以及聚乙烯構(gòu)成的膏坯；固化器，用于將所述第三擠出機(jī)擠出的膏坯固化，以使膏坯從所述固化器中移出時(shí)形 成外為坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；軟芯壓下輥組，用于對(duì)所述坯料進(jìn)行軟芯壓下，以獲得半成品板料； 剪切裝置，用于將所述半成品板料定尺剪切及切邊；加熱保溫裝置，用于將定尺剪切及切邊后的且進(jìn)入其中的半成品板料加熱保溫； 精軋機(jī)組，用于將加熱保溫后的半成品板料進(jìn)行精軋，以獲得片材； 冷卻裝置，用于將精軋后輸送至所述冷卻裝置下的片材冷卻，以形成成品膜片；以及 卷曲機(jī)，將所述成品膜片卷曲收集。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超級(jí)電容器電極片用膜片及其制造系統(tǒng)及制造工藝。制造系統(tǒng)包括第一擠出機(jī)，將炭黑與線性低密度聚乙烯擠出造粒，以獲得炭黑母粒；第二擠出機(jī)，將活性炭粉與線性低密度聚乙烯擠出造粒，獲得活性炭母粒；第三擠出機(jī)，將所述炭黑母粒和所述活性炭母粒與高密度聚乙烯混合并擠出中成膏坯；固化器，將膏坯固化，以使膏坯從固化器中移出時(shí)形成外為坯殼內(nèi)為膏狀的軟芯坯料；軟芯壓下輥組，對(duì)坯料軟芯壓下，以獲得半成品板料；剪切裝置，將半成品板料定尺剪切及切邊；加熱保溫裝置，將半成品板料加熱保溫；精軋機(jī)組，將半成品板料精軋，以獲得片材；冷卻裝置，將片材冷卻，以形成成品膜片；以及卷曲機(jī)，將所述成品膜片收集卷曲。
文檔編號(hào)H01G13/00GK101894676SQ20101020749
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者李銳, 紀(jì)力榮, 趙方輝 申請(qǐng)人:深圳清華大學(xué)研究院;萬裕三信電子(東莞)有限公司