本發(fā)明屬于能源器件電極材料領(lǐng)域，具體涉及一種多孔炭電極的制備方法。

背景技術(shù)：

多孔炭材料具有可觀的比表面積、價格低廉及高度商業(yè)化等諸多優(yōu)點，是目前作為常用的超級電容器和電容式海水淡化的電極材料。多孔炭材料主要包括活性炭、碳氣凝膠、活性炭纖維和多孔玻璃態(tài)碳等。傳統(tǒng)的超級電容器電極是以微米級顆粒的粉狀多孔炭材料為主體活性材料，另外添加一定比例的輔助導(dǎo)電劑（如炭黑、碳納米管等）和粘結(jié)劑（如聚四氟乙烯PTFE、聚偏氟乙烯PVDF等）通過調(diào)漿—覆的方式制備；但是這種覆的方法比較容易脫粉，在電解液中有時出現(xiàn)炭層起皮、膨脹、脫落現(xiàn)象，嚴重影響電極性能?；蛘邠{壓成炭片，隨后壓制在導(dǎo)電集流體（骨架）上或者粘接在導(dǎo)電集流體上，這種方法使用了較高含量的PTFE等，它們對電極的儲能性能幾乎沒有貢獻，也導(dǎo)致電極性能下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多孔炭電極的制備方法。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的一種技術(shù)方案是：一種多孔炭電極的制備方法，它包括以下步驟：

（a）將導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭混合后，以溶劑和漿得電極漿料；所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭的質(zhì)量比為3~15：2~10：75~95；

（b）將所述電極漿料覆在導(dǎo)電骨架上，干燥除去溶劑；

（c）將步驟（b）的產(chǎn)物置于使粘接劑處于熔融或半熔融狀態(tài)的溫度下，加壓使所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭在所述導(dǎo)電骨架上形成活性層即可。

優(yōu)化地，所述粘接劑為選自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯丙烯酸、硅溶膠、硅酸鉀、硅酸鈉、磷酸鹽、動物膠、酪素、阿拉伯樹膠、水溶性聚醋酸乙烯、水溶性聚苯乙烯、水溶性酚醛樹脂、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈和聚酰胺中的一種或多種組成的混合物。

優(yōu)化地，所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭的總質(zhì)量與所述溶劑質(zhì)量的比例為1：0.5~10。

進一步地，所述電極漿料的粘度為1500~3500mPa?s。

進一步地，所述電極漿料的粘度通過向其中加入增稠劑進行調(diào)節(jié)，所述增稠劑為選自羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鉀、海藻酸、海藻酸鈉、海藻酸鉀、羥丙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素鈉和羥丙基甲基纖維素鉀中的一種或多種組成的混合物。

優(yōu)化地，所述導(dǎo)電劑為選自石墨粉、乙炔黑、短切碳纖維、碳納米管、石墨烯、金粉、銀粉、鉭粉、導(dǎo)電氧化鈦和碳化鉭的一種或多種組成的混合物。

優(yōu)化地，所述溶劑為選自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N-甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、乙腈、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、環(huán)己酮、丁內(nèi)脂、對二甲苯、三氯苯、乙酸異戊酯、癸烷、四氧化碳、三氯甲烷和二甲亞砜中的一種或多種組成的混合物。

優(yōu)化地，所述導(dǎo)電骨架為鈦網(wǎng)、覆碳鈦網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、覆碳不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼箔、沖孔不銹鋼箔、鎳箔、沖孔鎳箔、鎳網(wǎng)、鋁箔、沖孔鋁箔、鋁網(wǎng)、銅箔、沖孔銅箔、銅網(wǎng)、銀箔、沖孔銀箔、銀網(wǎng)、沖孔鈦鎳合金箔、鈦鎳合金、鈦鎳合金網(wǎng)、鉛合金箔、沖孔鉛合金箔、鉛合金網(wǎng)、鉛網(wǎng)、泡沫鎳或泡沫銅。

優(yōu)化地，所述步驟（c）中，加壓時或加壓后冷卻使所述導(dǎo)電劑、粘接劑、多孔炭和導(dǎo)電骨架牢固粘結(jié)。

優(yōu)化地，所述步驟（c）中，使粘接劑處于熔融或半熔融狀態(tài)的溫度處于所述粘接劑軟化溫度以及其最高融化溫度之間。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明多孔炭電極的制備方法，以多孔炭添加導(dǎo)電劑、粘接劑混和成漿料，把漿料覆在導(dǎo)電骨架上，隨后利用粘接劑熔接的方式使?jié){料混合物在導(dǎo)電骨架上形成結(jié)合牢固的活性層，這樣可避免常規(guī)電極制備中易于發(fā)生的脫粉、結(jié)合力差、膨脹等問題；該方法具有工藝簡單、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，特別適合超級電容器、電容式海水淡化等方向的活性炭電極制備應(yīng)用。

具體實施方式

本發(fā)明多孔炭電極的制備方法，它包括以下步驟：（a）將導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭混合后，以溶劑和漿得電極漿料；所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭的質(zhì)量比為3~15：2~10：75~95；（b）將所述電極漿料覆在導(dǎo)電骨架上，干燥除去溶劑；（c）將步驟（b）的產(chǎn)物置于使粘接劑處于熔融或半熔融狀態(tài)的溫度下，加壓使所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭在所述導(dǎo)電骨架上形成活性層即可。以多孔炭添加導(dǎo)電劑、粘接劑混和成漿料，把漿料覆在導(dǎo)電骨架上，隨后利用粘接劑熔接的方式使?jié){料混合物在導(dǎo)電骨架上形成結(jié)合牢固的活性層，這樣可避免常規(guī)電極制備中易于發(fā)生的脫粉、結(jié)合力差、膨脹等問題；該方法具有工藝簡單、質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)點，特別適合超級電容器、電容式海水淡化等方向的活性炭電極制備應(yīng)用。

所述粘接劑優(yōu)選為選自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯丙烯酸、硅溶膠、硅酸鉀、硅酸鈉、磷酸鹽、動物膠、酪素、阿拉伯樹膠、水溶性聚醋酸乙烯、水溶性聚苯乙烯、水溶性酚醛樹脂、聚異丁烯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈和聚酰胺中的一種或多種組成的混合物。所述導(dǎo)電劑、粘接劑和多孔炭的總質(zhì)量與所述溶劑質(zhì)量的比例優(yōu)選為1：0.5~10，以確保電極漿料的粘度處于1500~3500mPa?s優(yōu)選的范圍內(nèi)。所述電極漿料的粘度可以通過向其中加入增稠劑進行調(diào)節(jié)，所述增稠劑選用常規(guī)的那些即可，如選自羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉、羧甲基纖維素鉀、海藻酸、海藻酸鈉、海藻酸鉀、羥丙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素鈉和羥丙基甲基纖維素鉀中的一種或多種組成的混合物。

所述導(dǎo)電劑優(yōu)選為選自石墨粉、乙炔黑、短切碳纖維、碳納米管、石墨烯、金粉、銀粉、鉭粉、導(dǎo)電氧化鈦和碳化鉭的一種或多種組成的混合物，以確保最終的多孔炭電極具有良好的導(dǎo)電性，以保證超級電容器、電容式海水淡化等應(yīng)用時的性能。而所述溶劑采用常規(guī)的那些即可，如選自水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、N-甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯、乙腈、甲酸乙酯、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、環(huán)己酮、丁內(nèi)脂、對二甲苯、三氯苯、乙酸異戊酯、癸烷、四氧化碳、三氯甲烷和二甲亞砜中的一種或多種組成的混合物，用于溶解或者分散上述導(dǎo)電劑、粘接劑、多孔炭和增稠劑。

所述導(dǎo)電骨架也為常規(guī)的那些，如鈦網(wǎng)、覆碳鈦網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、覆碳不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼箔、沖孔不銹鋼箔、鎳箔、沖孔鎳箔、鎳網(wǎng)、鋁箔、沖孔鋁箔、鋁網(wǎng)、銅箔、沖孔銅箔、銅網(wǎng)、銀箔、沖孔銀箔、銀網(wǎng)、沖孔鈦鎳合金箔、鈦鎳合金、鈦鎳合金網(wǎng)、鉛合金箔、沖孔鉛合金箔、鉛合金網(wǎng)、鉛網(wǎng)、泡沫鎳或泡沫銅，厚度優(yōu)選為0.005~2mm。

步驟（c）中，使粘接劑處于熔融或半熔融狀態(tài)的溫度處于所述粘接劑軟化溫度以及其最高融化溫度之間，優(yōu)選180~350℃，具體可以根據(jù)粘接劑的材質(zhì)進行選擇，使得粘接劑處于熔融和或半熔融狀態(tài)，這樣多孔炭（或者稱為活性炭）、導(dǎo)電劑周圍的粘接劑顆粒充分熔接，使粘接劑與活性炭顆粒、導(dǎo)電劑顆粒及導(dǎo)電骨架之間有充分的粘結(jié)作用。加壓時或加壓后冷卻使所述導(dǎo)電劑、粘接劑、多孔炭和導(dǎo)電骨架牢固粘結(jié)，例如加壓時可以采用常溫空氣冷卻，或加壓設(shè)備保持15~95℃（如水冷輥壓機的轉(zhuǎn)輥），或加壓后立即放置到常溫環(huán)境中，這樣的急冷使粘接劑回復(fù)固態(tài)，保持其充分熔接作用的同時也有利于保持粘接劑與多孔炭顆粒、導(dǎo)電劑顆粒及導(dǎo)電骨架之間的充分粘結(jié)作用。加壓可以使形成的活性層達到預(yù)定的厚度，以減少氣孔、降低溶劑揮發(fā)造成的孔隙率，充分發(fā)揮導(dǎo)電劑對于多孔炭顆粒之間及多孔炭顆粒和導(dǎo)電骨架之間的電子傳導(dǎo)作用。

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步說明。

實施例1

本實施例提供一種多孔炭電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）取過400目篩的粉狀活性炭95g，導(dǎo)電劑乙炔黑3g，粘結(jié)劑2g（由聚乙烯、苯乙烯丙烯酸和硅溶膠按質(zhì)量比1：1：1混合而成）混合后，用50g對二甲苯和三氯苯的混合液（體積比1：1）作為溶劑球磨混合調(diào)漿，得到漿料；

（b）用拉漿器將厚度為0.2mm的覆碳鈦網(wǎng)拉過上述漿料，用刮刀調(diào)整厚度使載漿的漿料帶厚度在0.6mm左右；漿料帶在150℃干燥2h以上，除去溶劑；

（c）將上述干燥后的漿料帶加熱到200℃，使粘結(jié)劑處于半熔融狀態(tài)，隨后將其通過水冷輥壓機（轉(zhuǎn)輥溫度保持95℃）輥壓到0.45mm左右，即得覆活性層的多孔炭電極。

上述制備的多孔炭電極可以直接用作電容式海水淡化用電極，以覆碳鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電骨架的活性炭電極可以耐受海水腐蝕及電化學(xué)腐蝕。該電極組裝的電容式海水淡化實驗樣機，與采用PTFE粘接炭片壓制在導(dǎo)電集流體的電極制備方式組裝的電容式海水淡化實驗樣機相比，內(nèi)阻降低約25%以上，海水處理能力明顯提高。

實施例2

本實施例提供一種多孔炭電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）取過400目篩的粉狀活性炭75g、導(dǎo)電劑乙炔黑15g和粘結(jié)劑聚丙烯10g，三者混合后加入增稠劑羧甲基纖維素鈉0.2g，用500g乙酸異戊酯作為溶劑球磨混合調(diào)漿得到漿料，再用海藻酸鈉調(diào)整粘度至1500mPa?s；

（b）用拉漿器將厚度2mm的泡沫鎳拉過上述漿料，用刮刀調(diào)整厚度使載漿的漿料帶厚度在2.0mm左右；漿料帶在60℃真空干燥12h以上，除去溶劑；

（c）將上述干燥后漿料帶加熱到250℃，使粘結(jié)劑處于半熔融狀態(tài)，隨后將其通過水冷輥壓機（轉(zhuǎn)輥溫度保持45℃）輥壓到0.7mm左右，即得覆活性層的多孔炭電極；

上述制備的活性炭電極可以直接用作超級電容器用炭電極，并以氫氧化鉀水溶液體系作為電解液。該電極組裝的扣式超級電容器，與采用PTFE粘接炭片壓制在導(dǎo)電集流體的電極制備方式組裝的扣式超級電容器相比，內(nèi)阻降低約50%以上。

實施例3

本實施例提供一種多孔炭電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）取過400目篩的活性炭95g、導(dǎo)電劑乙炔黑3g與粘結(jié)劑2g（由聚苯乙烯、聚丙烯酸酯按質(zhì)量比1：1混合而成）混合，用100g三氯甲烷、環(huán)己酮作為混合溶劑（體積比1：1）作為溶劑球磨混合調(diào)漿，得到漿料；用海藻酸鈉調(diào)整粘度到3500mPa?s；

（b）用拉漿器將厚度為0.1mm的覆碳鈦網(wǎng)拉過上述漿料，用刮刀調(diào)整厚度使載漿的漿料帶厚度在0.5mm左右；漿料帶在110℃度干燥2h以上，除去溶劑；

（c）將干燥后的漿料帶加熱到200℃，使粘結(jié)劑處于半熔融狀態(tài)，隨后將其通過水冷輥壓機（轉(zhuǎn)輥溫度保持15℃）輥壓至0.4mm左右，即得覆活性層的多孔炭電極；

上述制備的活性炭電極可以直接用作電容式海水淡化用電極，以覆碳鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電骨架的活性炭電極可以耐受海水腐蝕及電化學(xué)腐蝕。該電極組裝的電容式海水淡化實驗樣機，與采用PTFE粘接炭片壓制在導(dǎo)電集流體的電極制備方式組裝的電容式海水淡化實驗樣機相比，內(nèi)阻降低約30%以上，海水處理能力明顯提高。

實施例4

本實施例提供一種多孔炭電極的制備方法，包括以下步驟：

（a）取過400目篩的粉狀活性炭85g，導(dǎo)電劑乙炔黑9g與粘結(jié)劑6g（由聚苯乙烯、聚氯乙烯、硅溶膠按質(zhì)量比1：1：1混合而成）混合，用100g環(huán)己酮和二甲基甲酰胺的混合溶劑（體積比8：2）作為溶劑球磨混合調(diào)漿，得到漿料；用增稠劑羥丙基甲基纖維素鈉調(diào)整粘度到2500mPa?s；

（b）用拉漿器將厚度0.2mm的覆碳鈦網(wǎng)拉過上述漿料，用刮刀調(diào)整厚度使載漿的漿料帶厚度在0.6mm左右；漿料帶在120℃干燥2h以上，除去溶劑；

（c）將干燥后的漿料加熱到180℃，使粘結(jié)劑處于半熔融狀態(tài)；隨后將其通過水冷輥壓機（轉(zhuǎn)輥溫度保持15℃）輥壓到0.4mm左右，即得覆活性層的多孔炭電極；

上述制備的活性炭電極可以直接用作電容式海水淡化用電極，以覆碳鈦網(wǎng)作為導(dǎo)電骨架的活性炭電極可以耐受海水腐蝕及電化學(xué)腐蝕。該電極組裝的電容式海水淡化實驗樣機，與采用PTFE粘接炭片壓制在導(dǎo)電集流體的電極制備方式組裝的電容式海水淡化實驗樣機相比，內(nèi)阻降低約50%以上，海水處理能力明顯提高。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。