用于雙電層電容器的電極的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于雙電層電容器的電極，所述電極具有由熱膨脹石墨制成的基板以及與所述基板連接的活性碳布。所述電極具有力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng)和容易加工等特點(diǎn)。
【專利說明】用于雙電層電容器的電極
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲能電容器的設(shè)計(jì)，儲能電容器通過兩種介質(zhì)(電極和電解質(zhì))之間的界面上的電荷積聚來儲存能量，因此稱為“雙電層電容器”(electricdouble-layercapacitors, EDLC)、“超級電容器”、“混合電容器”、“超電容器”(日本)、“超級電容”(德國、美國)、“電化學(xué)電容器”(法國、加拿大)和“離子電容器”(俄國和其他獨(dú)聯(lián)體(CIS)國家)。
[0002]EDLC相較于傳統(tǒng)的電解電容器，其主要優(yōu)勢在于提高了比能量。這類電容器的某些類型可積聚超過IOkVkg的比能量，并以約1-1OkVkg的比功率放電給負(fù)載(WWW, kit-e.ru/articles/condenser/2005 6 12.php)。
[0003]為此，必須增加大量可能的充-放電循環(huán)的次數(shù)，提高可靠性和耐用性以及擴(kuò)大工作溫度范圍。
[0004]EDLC這種獨(dú)特的特征組合首先在很大程度上預(yù)先確定了其用于輸電和混合應(yīng)用的可能性和實(shí)用性。另一個(gè)前景很好的領(lǐng)域是將EDLC作為“補(bǔ)償器”用于具有不穩(wěn)定特征的發(fā)電廠，比如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、具有太陽能電池的發(fā)電站、潮汐發(fā)電站。
【背景技術(shù)】
[0005]EDLC在使用的電極材料和電解質(zhì)方面有所不同。電極材料可為以下三種類型中的其中一種:基于活性碳的材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。電解質(zhì)可為水基物或有機(jī)物。
[0006]最常使用的EDLC類型是具有基于活性碳的電極的電容器。
[0007]眾所周知，活性(高多孔)碳材料可使電容密度達(dá)到約IOVm3,甚至更高(http://www.electrosad.ru/Electronics/SuperCon.htm)。
[0008]本領(lǐng)域已知的是，EDLC電極由活性碳粒子、分散性碳(石墨或炭黑)、多孔彈性電介質(zhì)和聚合物粘合劑(W094/01879)的混合物制成?；钚蕴加苫虼?1-1OOym)或小(0.05-1 μ m)的粒子的混合物制成。
[0009]小粒子占的質(zhì)量百分比約為10-60 ;多孔彈性電介質(zhì)表示大小為1-50 μ m的多孔塑料粒子或直徑為0.3-50 μ m長為0.1-5 μ m的多孔介電材料纖維；聚合物粘結(jié)劑主要表現(xiàn)為聚乙烯醇、多糖、天然橡膠(caoutchouk)和氟塑料。
[0010]然而，由這類電極形成的電容器由于使用了多孔彈性電介質(zhì)，其電容量較低且電阻較高，此外力學(xué)強(qiáng)度相對較低。RF專利號2172037設(shè)計(jì)的電極在一定程度上消除了這些劣勢，該電極由通過熱塑性聚合物粒子粘結(jié)的活性碳等吸附材料制成，該熱塑性聚合物粒子在活性碳粒子之間均勻分布且平均大小為活性碳粒子的平均大小的0.08-0.9。
[0011]上述專利所設(shè)計(jì)的電極也可由活性碳、石墨粉，或通過聚合物粒子粘結(jié)在一起的炭黑制成；在這種情況下，為了實(shí)現(xiàn)在整個(gè)電極容量中的最均勻分布，石墨或炭黑粒子的平均大小必須為活性碳粒子的平均大小的0.02-1.4倍。
[0012]在RF專利號2172037提出的電極的又一實(shí)施例中，該實(shí)施例與本發(fā)明最為接近，電極的一側(cè)或兩側(cè)通過聚合物粒子可額外含有與其表面附接的活性碳布，布纖維的平均大小為吸附材料粒子的平均直徑的0.2-0.5倍。然而，所述電極的強(qiáng)度不足，更重要的是，制備技術(shù)過于復(fù)雜。將活性碳布放入模具中，之后將由松散吸附劑和聚合物混合而成的均質(zhì)混合物加載到同一個(gè)模具中，將碳布放置于頂層，如果需要制成雙極電極，那么對整個(gè)負(fù)載進(jìn)行加壓和熱處理。最后冷卻模具，取出電極成品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合了良好的電阻和電容參數(shù)且力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng)的EDLC電極。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種易于生產(chǎn)的電極。
[0015]通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了這些目標(biāo)，本發(fā)明的主題是一種EDLC電極，其包括:
[0016]平板基板以及與所述基板附接的活性碳布，所述基板由浸潰有高分子碳(更具體地為地臘)的熱膨脹石墨(thermally expanded graphite, TEG)制成。
[0017]上述布借助粘合劑與所述基板附接，對所述電容器所用的電解質(zhì)有抗性。 [0018]活性碳布可被附接在基板的一側(cè)或兩側(cè)。在后面的實(shí)例中，電極將為雙極，并處于中間位置(在電極之間)，而在之前的實(shí)例中，電極為單極，位于電極組件的端部的位置。
[0019]本發(fā)明的主要突出特征在于使用了由也稱為“柔性石墨”的TEG制成的基板的電極。本發(fā)明可使用不同商標(biāo)的TEG，例如UCAR碳股份有限公司(UCAR Carbon C0.1nc)的Grafoil?、Garlock 的 GRAPH-LOCK? 和俄國公司 Unikhimtek(y ηηχημτθκ)的 Grafleks 0- p a φ jt e κ c ) 0
[0020]TEG是一種彈性的、可壓縮的、有回彈性的、化學(xué)惰性的、耐火且耐熱的材料。其最有價(jià)值的性能在于其屬性幾乎不依賴于溫度這一事實(shí)。TEG具有各向異性的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。其作為隔音材料廣泛用于化學(xué)、石油化工和石油精煉產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)中。此外，TEG的商業(yè)用途還在于作為屏蔽材料用于電子設(shè)備中，用于去除熱量。
[0021]TEG的回彈性和壓縮性等性能使其能以片的形式制成，用作結(jié)構(gòu)材料，這便是本發(fā)明所涉及的情況，其中，TEG用作電極的基板。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:單極電極(端電極)的制備
[0023]將Grafleks品牌的TEG基板浸潰在真空柜中溫度為110° C-140。C的地蠟中。將真空度設(shè)置為0.5-0.8kg/em2。然后用B H K-302( T Y 38.103602-86)級的水乳膠(一種膠乳)對 Y B M C-A K-T -040 (T Y 1916-002-18070047-2007)類型的活性碳布(ACC)的輪廓處理2-5mm寬度以使布纖維粘合在一起，然后浸潰到密度為1.25-1.28g/cm2的電解質(zhì)中。在浸透之后，利用7-8kg/?2的比壓力，使該布在平板之間絞干。
[0024]借助耐酸硅樹脂粘合劑，所述ACC與浸潰有地蠟的所述石墨基板的一側(cè)附接。向基板上涂覆粘合劑，涂出一條通往ACC接觸區(qū)的2-4_薄的寬帶材。
[0025]實(shí)施例2:雙極電極(中間電極)的制備
[0026]采用與實(shí)施例1相同的制備技術(shù)，這次在基板的兩側(cè)使用ACC。
[0027]實(shí)施例3
[0028]電容器(90塊電池)由如實(shí)施例1和2所制備的電極組裝而成。電容器測試的結(jié)果如下(表1)。
[0029]表1
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種用于雙電層電容器的電極，所述電極包括平板基板以及與所述基板附接的電極材料，所述基板由浸潰有高分子碳的熱膨脹石墨制成，而所述電極材料則是活性碳布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中，借助粘合劑與所述基板附接的活性碳布對所述電容器的電解質(zhì)有抗性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其中，活性碳布被附接在所述基板的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其中，活性碳布被附接在所述基板的一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極，其中，地蠟用作高分子碳。
【文檔編號】H01G9/004GK104011816SQ201280062978
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月4日
【發(fā)明者】奧列格·格里戈里耶維奇·達(dá)什科, 安德烈·瓦西里耶維奇·多爾戈拉普捷夫, 亞歷山大·費(fèi)奧多羅維奇·布爾德列夫, 尤金尼·洛西福維克·什科利尼科夫, 奧列格·韋尼阿米諾維奇·克列帕克, 維克托·阿萊克謝耶夫維奇·斯米爾諾夫 申請人:能源和電動汽車項(xiàng)目有限責(zé)任公司