專(zhuān)利名稱(chēng)：多孔碳電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電極的制備方法，具體地指一種多孔碳電極的制備方法。
背景技術(shù)：
多孔碳電極由于具有耐高溫、耐酸堿、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等一系列優(yōu)點(diǎn)而常用于超級(jí)電容器和鋰電池等。采用多孔碳電極的超級(jí)電容器和鋰電池等電容器的性能與其多孔碳電極上的孔徑和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，孔的結(jié)構(gòu)越趨于規(guī)則、有序則該電容器的放電容量越高。傳統(tǒng)的多孔碳電極的制造方法是以有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇或異丙醇為溶劑和發(fā)孔劑， 以聚四氟乙烯乳液為粘合劑，將發(fā)孔劑(溶劑)、粘合劑、陰極催化劑與碳黑混合后，加工成需要的形狀，經(jīng)干燥處理、溶劑揮發(fā)后形成多孔的碳電極。這種方法加工的碳電極的孔率雖然可以通過(guò)調(diào)整有機(jī)溶劑的加入量得到控制，但制得的孔徑分布不均勻，從而降低了用該多孔碳電極制成的電容器的放電容量，此外由于陰極催化劑價(jià)格昂貴，增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)制備多孔碳電極中孔徑分布不均勻的問(wèn)題，提供一種能夠生產(chǎn)出孔徑均勻、其大小和孔率可人為控制，且無(wú)需陰極催化劑的多孔碳電極的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明所提供的多孔碳電極制備方法，包括以下步驟1)將水、聚四氟乙烯、碳黑和粒徑為5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合，得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、碳黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之間的重量比為 800 1000 100 8 10 50 ；2)將步驟1所述的混合料加工成需要的形狀，如園柱狀或膜片狀，然后經(jīng)干燥定型得到碳電極；3)利用微球溶劑浸泡所述碳電極直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸餾法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到多孔碳電極。其中，步驟1中水作為混料的溶劑，也可以稱(chēng)為稀釋劑，其用量可根據(jù)物料和環(huán)境情況而調(diào)整，聚甲基丙烯酸甲酯微球作為發(fā)孔劑，可根據(jù)電池不同的放電特性調(diào)節(jié)其粒徑和用量，以適應(yīng)不同的生產(chǎn)需求。例如制備小電流工作的電池，碳電極使用粒徑小的發(fā)孔劑；而制備大電流工作的電池，碳電極則使用粒徑大的發(fā)孔劑；若需要適應(yīng)靜態(tài)小電流并有大電流脈沖的情況，發(fā)孔劑可使用不同粒徑的微球混合搭配。步驟2中所述的將混合料加工成型和干燥定型為常用技術(shù)手段，此處不做贅述。步驟3中所述利用微球溶劑浸泡所述碳電極的時(shí)間會(huì)根據(jù)選擇的微球溶劑不同而做調(diào)整，通常情況下浸泡時(shí)間為1小時(shí)左右，所述的抽提蒸餾法為本領(lǐng)域常用技術(shù)手段，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選采用二次循環(huán)抽提蒸餾法，其后的干燥過(guò)程也是本領(lǐng)域常用技術(shù)手段，干燥條件為真空干燥，溫度在40 50°C，需要說(shuō)明的是，步驟3中的微球溶劑可以通過(guò)在該步驟的干燥過(guò)程中使用帶回收裝置的真空干燥系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行回收再利用，節(jié)約成本。
優(yōu)選地，所述微球溶劑選自丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烯、丙烯酸甲酯中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述碳黑為乙炔黑。乙炔黑與普通碳黑相比其結(jié)晶及二次結(jié)構(gòu)更為發(fā)達(dá)， 故導(dǎo)電性和吸液性也更優(yōu)良，且重金屬等雜質(zhì)少，放電造成的損耗小，更適合作為電極材料。進(jìn)一步地，所述水、聚四氟乙烯、乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之間的重量比優(yōu)選為1000 100 8 20。優(yōu)選地，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑為25 50um，適合制備小電流工作的電容器。優(yōu)選地，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑為200 250um，適合制備大電流工作的電容器。所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒徑為25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為 1 2 5。所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒徑為25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為1. 2 5 I0另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供了根據(jù)所述的多孔碳電極的制備方法所制得的多孔碳電極。本發(fā)明所提供的多孔碳電極制備方法所帶來(lái)的有益效果是使制得的多孔碳電極具有易于控制的孔徑和孔率，且孔結(jié)構(gòu)規(guī)貝1J、有序，從而使采用該多孔碳電極的電容器對(duì)比傳統(tǒng)同類(lèi)型電容器具備更高的放電容量，并且制備方法中所用到的有機(jī)溶劑可重復(fù)利用， 節(jié)能環(huán)保，此外還由于不需添加任何昂貴的陰極催化劑，降低了生產(chǎn)成本。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提供的多孔碳電極的制備方法如下1)將水、聚四氟乙烯、碳黑和粒徑為5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合，得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之間的重量比為 800 1000 100 8 10 50。2)將步驟1得到的混合料加工成需要的形狀，如園柱狀或膜片狀，然后經(jīng)干燥定型得到碳電極。3)利用微球溶劑浸泡步驟2得到碳電極直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸餾法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到多孔碳電極。以下實(shí)施例根據(jù)上述制備方法制備多孔碳電極，然后裝配成鋰電池并進(jìn)行性能測(cè)
試ο實(shí)施例1按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制備混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑選用5 25um，加工混合料并干燥定型制成園柱形碳電極，然后利用三氯甲烷通過(guò)二次循環(huán)抽提蒸餾法處理碳電極，然后干燥得到園柱形多孔碳正極，并裝配成碳包式AA電池，其電容特性見(jiàn)表1。實(shí)施例2按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制備混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑選用25 50um和200 250um兩種， 其中25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為1. 2 5 1 ；加工混合料并干燥定型制成園柱形碳電極，然后利用丙酮浸泡碳電極1 小時(shí)，然后干燥得到園柱形多孔碳正極，并裝配成碳包式AA電池，其電容特性見(jiàn)表1。實(shí)施例3按水聚四氟乙烯乙炔黑聚甲基丙烯酸甲酯微球=1000 100 8 20的比例制備混合料，其中聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑選用25 50um和200 250um兩種， 其中25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為1 2 5，加工混合料并干燥定型制成膜片狀碳電極，然后利用丙烯酸甲酯通過(guò)二次循環(huán)抽提蒸餾法處理碳電極，然后干燥得到膜片狀多孔碳正極，并裝配成卷繞式AA電池， 其電容特性見(jiàn)表1。表1是現(xiàn)有電池和本發(fā)明實(shí)施例提供的電池的放電容量比較。
ImA50mA400mA現(xiàn)有碳包式M電池2400mAh1400mAh/實(shí)施例12700mAh1800mAh/實(shí)施例22700mAh2200mAh/現(xiàn)有卷繞式M電池2000mAh1500mAhIOOOmAh實(shí)施例32400mAh1900mAh1600mAh如表1所示，實(shí)施例1和2與同類(lèi)型現(xiàn)有碳包式AA電池比較，其在ImA和50mA兩個(gè)電流條件下測(cè)得的放電容量大于現(xiàn)有碳包式AA電池12% 57%。實(shí)施例3與同類(lèi)型現(xiàn)有卷繞式AA電池比較，其在1mA、50mA和400mA三個(gè)電流條件下測(cè)得的放電容量大于現(xiàn)有卷繞式AA電池20% 60%。結(jié)果表明，本發(fā)明實(shí)施例提供的電池具有更高的放電容量，即是說(shuō)本發(fā)明所提供的制備方法制備的多孔碳電極相較于現(xiàn)有技術(shù)制備的多孔碳電極具有更好的性能。本發(fā)明中使用的聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑分為5 25um、25 50um和200 250um三個(gè)規(guī)格，三個(gè)規(guī)格的聚甲基丙烯酸甲酯微球可以分別單獨(dú)使用，也可以混合使用。
權(quán)利要求
1.一種多孔碳電極的制備方法，其特征在于，制備該多孔碳電極的步驟為1)將水、聚四氟乙烯、碳黑和粒徑為5 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球，充分混合， 得到混合料，其中水、聚四氟乙烯、碳黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之間的重量比為800 1000 100 8 10 50 ；2)將步驟1所述的混合料加工成需要的形狀，然后經(jīng)干燥定型得到碳電極；3)利用微球溶劑浸泡所述碳電極直至聚甲基丙烯酸甲酯微球溶解，或用抽提蒸餾法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，然后干燥即得到所述的多孔碳電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述微球溶劑選自丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯乙烯、丙烯酸甲酯中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述碳黑為乙炔黑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述水、聚四氟乙烯、 乙炔黑和聚甲基丙烯酸甲酯微球之間的重量比為1000 100 8 20。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑為25 50um。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球的粒徑為200 250um。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒徑為25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與 200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為1 2 5。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多孔碳電極的制備方法，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯微球是粒徑為25 50um和200 250um的混合，25 50um的聚甲基丙烯酸甲酯微球與 200 250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球的重量比為1.2 5 1。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多孔碳電極的制備方法，包括將水、聚四氟乙烯、碳黑和粒徑為5～250um的聚甲基丙烯酸甲酯微球充分混合，加工成需要的形狀并干燥定性，然后浸泡在微球溶劑中或利用抽提蒸餾法去除聚甲基丙烯酸甲酯微球，在進(jìn)行干燥即得到所述的多孔碳電極。本發(fā)明實(shí)施例制得的多孔碳電極具有易于控制的孔徑和孔率，且孔結(jié)構(gòu)規(guī)則、有序，從而使采用該多孔碳電極的電容器高于傳統(tǒng)同類(lèi)型電容器12％～60％的放電容量，并且制備方法中所用到的有機(jī)溶劑可重復(fù)利用，節(jié)能環(huán)保，此外還由于不需添加任何昂貴的陰極催化劑，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)H01G9/04GK102420310SQ201110330628
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者代克興, 康常州, 朱志剛 申請(qǐng)人:武漢孚安特科技有限公司