摘要：本文研究了正負(fù)共極水基超級(jí)電容器的材料、配方、配料工藝、涂覆工藝等，制備出了性能良好的電極。通過(guò)攪拌工藝控制，獲得負(fù)極漿料固含量可達(dá)到23%、黏度可達(dá)到18Pas，具有良好的均一性；通過(guò)涂覆工藝控制，使成品電極具有良好的粘接特性且表面電阻得到了降低，正極表面電阻為1100Ω左右、負(fù)極表面電阻為132Ω左右；電極經(jīng)裝配后得到的正負(fù)共極水基超級(jí)電容器工作電壓可達(dá)到1.6V，是傳統(tǒng)水基超級(jí)電容器工作電壓的2倍，大大提高了超級(jí)電容器的能量密度。

　　中國(guó)論文網(wǎng)/2/view-5705424.htm

　　關(guān)鍵詞：正負(fù)共極電極水基超級(jí)電容器工藝

　　一、前言

　　超級(jí)電容器又名電化學(xué)電容器[1-3]，超級(jí)電容器對(duì)于電動(dòng)汽車的啟動(dòng)、加速和上坡行駛具有極其重要的意義。傳統(tǒng)的超級(jí)電容器極低的比能量使得它不可能單獨(dú)用作電動(dòng)汽車能量源，故提高超級(jí)電容器的比功率、比能量[4]，使之作為輔助能量使用具有顯著優(yōu)點(diǎn)[5]。它在汽車啟動(dòng)和爬坡時(shí)快速提供大電流及大功率，在正常行駛時(shí)由主動(dòng)力源快速充電，在剎車時(shí)快速存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的大電流，這可減少電動(dòng)汽車對(duì)蓄電池大電流充電的限制，大大延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高電動(dòng)汽車的實(shí)用性，對(duì)于燃料電池電動(dòng)汽車的啟動(dòng)更是不可少的。超級(jí)電容器在充電―放電的整個(gè)過(guò)程中，沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)和無(wú)高速旋轉(zhuǎn)等機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不存在對(duì)環(huán)境的污染[6]，也沒(méi)有任何噪聲，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，是一種更加理想的儲(chǔ)能器。

　　本文研究了一種正負(fù)共極水基超級(jí)電容器電極，它具有良好的粘接特性且電極材料表面電阻較小。用該電極進(jìn)行裝配得到了正負(fù)共極層疊式串聯(lián)超級(jí)電容器[7-8]，它最大的優(yōu)勢(shì)是具有內(nèi)阻小、電壓高的特點(diǎn)。其單體工作電壓可到達(dá)1.6V，是傳統(tǒng)式水基超級(jí)電容器電壓的1倍。

　　二、實(shí)驗(yàn)

　　我們制作的正負(fù)共極水基超級(jí)電容器由4個(gè)單元組成，分別為電極、聚丙烯膜[9]、電解質(zhì)、殼體。電極與電極之間由通離子阻電子的隔膜隔開(kāi)進(jìn)行串聯(lián)式疊片，完成疊片后裝配到金屬殼體中，注入電解液并進(jìn)行密封。

　?。ㄒ唬╇姌O制作方法

　　1.正負(fù)電極材料配比與漿料配制工藝

　　將粘結(jié)劑（PTFE）加入到蒸餾水的真空攪拌罐中，攪拌0.5h使PTFE分散均勻，再加入導(dǎo)電劑SP（特密高，瑞士）和CNT漿液（北京天奈科技有限公司，中國(guó)）攪拌2h至完全分散，最后加入錳酸鋰（湖南杉杉科技有限公司，中國(guó)）攪拌3h形成均勻的正極漿料，漿料最終黏度為5～6.5Pa.s，固含量約55%，材料加入質(zhì)量百分比為L(zhǎng)MO：PTFE：SP：CNT=92：3：2：3。將CMC（型號(hào)A30000，美國(guó)）加入到蒸餾水的真空攪拌罐中，攪拌2h使CMC完全溶解，再加入導(dǎo)電劑SP（特密高，瑞士）和CNT漿液（北京天奈科技有限公司，中國(guó)）攪拌2h至完全分散，再加入活性炭AC（比表面積2000±100m2/g，上海合達(dá)炭素材料有限公司）攪拌4h至完全分散，最后加入SBR（型號(hào)50%水溶液，深圳諾伊特材料有限公司）溶液攪拌1h形成均勻的負(fù)極漿料，漿料最終黏度為16～18Pa.s，固含量約25%，材料加入質(zhì)量百分比為AC：CMC：SP：CNT：SBR=90.5：2：2：3：2.5。

　　2.正負(fù)共極電極制作工藝

　　在特制上下兩層隔離烘烤箱的涂布機(jī)上將正、負(fù)極漿料進(jìn)行涂布，依據(jù)正極面密度為（150±10）g/m2、負(fù)極面密度為（268±5）g/m2的工藝要求，將正、負(fù)極漿料同時(shí)涂覆在同一集流體上，形成正/負(fù)共極的電極。

　?。ǘ┱?fù)共極水基超級(jí)電容器裝配方法

　　再將加工合格的電極卷料分切成符合工藝要求的尺寸，以“集流體―正電極―隔膜―負(fù)電極―集流體―正電極―隔膜”串聯(lián)方式進(jìn)行10個(gè)單元疊加形成超級(jí)電容器芯體，見(jiàn)圖1。超級(jí)電容器芯體放入殼體中，加入已配制好的電解液（硫酸鋰）并用樹(shù)脂將殼體密封，在50T的壓力機(jī)下對(duì)密封好的電容器進(jìn)行擠壓。最后在精密的測(cè)試設(shè)備上對(duì)電容器進(jìn)行激活，形成一種正負(fù)共極水基超級(jí)電容器，見(jiàn)圖2。

　?。ㄈ┱?fù)共極水基超級(jí)電容器測(cè)試

　　裝配好的正負(fù)共極水基超級(jí)電容器進(jìn)行充電活化后，使之具有超級(jí)電容器的特性，快速的吸附與脫嵌實(shí)現(xiàn)了電源能夠快速充電和大電流放電的功能。

　　使用1A的電流對(duì)超級(jí)電容器進(jìn)行充放電測(cè)試，得到其工作電壓、能量密度。

　　三、結(jié)果與討論

　　（一）正負(fù)共極電極分析

　　1.負(fù)極漿料均一性好

　　漿料的均一性直接影響涂布效果。活性炭的比表面積比較大，導(dǎo)致漿料制作時(shí)固含量比較低僅20%左右，黏度比較大20Pa.s左右，負(fù)極漿料輸出時(shí)流動(dòng)性良好，固含量23%，黏度18Pa.s。涂布過(guò)程中漿料不會(huì)受外界環(huán)境因素影響而出現(xiàn)團(tuán)聚、結(jié)硬塊、塞刀口等現(xiàn)象。

　　2.正負(fù)共極水基電極具有良好的粘接特性

　　傳統(tǒng)式水基電極在涂布過(guò)程中存在龜裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)掉渣，而本文工藝制作的正負(fù)共極水基電極具有良好的粘接特性，此特性大大降低了漿料與集流體之間的接觸電阻，從而改善了其極化性能。

　　3.電極表面電阻小

　　正負(fù)共極水基電極通過(guò)在材料選擇、配料工藝、涂布工藝等方面嚴(yán)格控制，得到的電極表面電阻比較小。使用萬(wàn)用表分別測(cè)量其表面電阻和傳統(tǒng)式水基電極的表面電阻，測(cè)量結(jié)果顯示正負(fù)共極水基電極正極表面電阻為1100Ω左右、負(fù)極表面電阻為132Ω左右，傳統(tǒng)式電極正極表面電阻為3140Ω左右、負(fù)極表面電阻為542Ω左右。

　?。ǘ┏?jí)電容器測(cè)試性能分析

　　圖4為使用我們制作的正負(fù)共極水基電極加工得到的超級(jí)電容器電性能測(cè)試曲線圖。圖中顯示出超級(jí)電容器具有較高的電壓，單體電壓可達(dá)到1.6V以上（最高電壓可到達(dá)1.8V），計(jì)算得出能量密度可到達(dá)20Wh/kg（超級(jí)電容器能量密度E=1/2CU2），對(duì)比傳統(tǒng)式水基超級(jí)電容器的電壓0.8V，它的電壓提高了1倍。四、結(jié)論

　　本文研究了一種正負(fù)共極水基超級(jí)電容器電極的制備方法，使用該方法制得的電極具有良好的性能，主要對(duì)負(fù)極漿料性能、電極粘接性能、工作電壓、能量密度等方面進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，負(fù)極漿料固含量可達(dá)到23%、黏度可達(dá)到18000mPa.s且具有良好的均一性；正負(fù)共極電極的粘接性能良好且表面電阻得到了優(yōu)化，正極表面電阻為1100Ω左右、負(fù)極表面電阻為132Ω左右；單體工作電壓可達(dá)到1.6V以上是傳統(tǒng)水基超級(jí)電容器（0.8V）的1倍，能量密度大大提高，可達(dá)到20Wh/kg。