本发明涉及储能器件领域,尤其是涉及一种电极片及其制备方法、以及包括该电极片的储能器件。
背景技术:
1、超级电容器是通过电极片与电解质之间形成的界面双层来存储能量的新型储能器件,由于其高功率密度和长循环寿命,在储能器件领域具有广泛的应用前景。电极片是超级电容器的核心部分,传统的电极片包括集流体和活性材料层,通过将活性材料配制成活性浆料后涂覆在集流体上,干燥后制备得到。然而,这种方法生产效率偏低。
2、为了提高电极片的生产效率,业内开发出了干法生产电极片的工艺,即,将电极材料制备成干膜片,在集流体上设置底涂层,接着将集流体、底涂层和干膜片层叠后热压,使得三者粘接在一起得到电极片。为了确保粘接强度以及导电性能,底涂层的主要材料包括粘接剂和导电剂。常用的导电剂主要为导电炭材料粉末,例如:炭黑。
3、然而,为了确保干膜片的厚度,底涂层的厚度通常为1μm~6μm,在这样的厚度下,导电炭材料粉末容易团聚,从而使得最终制备得到的电极片在不同区域的电阻率差异较差,电化学稳定性不足。
技术实现思路
1、基于此,有必要提供一种可以解决上述问题的电极片的制备方法。
2、此外,还有必要提供包括上述电极片的制备方法制备得到的电极片以及包括该电极片的储能器件。
3、一种电极片的制备方法,包括如下步骤:
4、将导电炭材料粉末分散到醇水溶液中,接着加入ptfe,充分混合后使所述ptfe均匀分布在所述导电炭材料粉末表面,得到混合液,其中,所述导电炭材料粉末与所述ptfe的质量比为1:1~10:1;
5、将所述混合液冷冻干燥后,得到半成品,接着对所述半成品进行等离子体处理,得到ptfe接枝导电炭材料粉末;
6、将导电剂粉末和热熔胶粉末充分混合,得到底涂原料,其中,所述导电剂粉末包括第一导电剂,所述第一导电剂为所述ptfe接枝导电炭材料粉末;
7、将所述底涂原料均匀分散到集流体上,热处理使得所述底涂原料熔化形成固定在所述集流体上的底涂层,所述底涂层的厚度为1μm~6μm;
8、将干膜片层叠在所述底涂层上,接着热复合使得所述集流体、所述底涂层和所述干膜片依次层叠并固定在一起,得到所需要的电极片,其中,所述干膜片的材料为电极材料。
9、在一个实施例中,所述将导电炭材料粉末分散到醇水溶液中,接着加入ptfe,充分混合后使所述ptfe均匀分布在所述导电炭材料粉末表面,得到混合液的操作为:将所述导电炭材料粉末加入到到醇水溶液中,在0℃~5℃下超声分散均匀,接着加入所述ptfe,再次在0℃~5℃下超声分散均匀,使所述ptfe均匀分布在所述导电炭材料粉末表面,得到所述混合液;
10、所述ptfe为含有表面活性剂的ptfe粉末或包括所述含有表面活性剂的ptfe粉末的分散液,所述混合液中,所述导电炭材料粉末的浓度为10g/l~30g/l。
11、在一个实施例中,所述导电炭材料粉末的粒径1nm~10μm,所述导电炭材料粉末为炭黑、石墨烯或碳纳米管;
12、所述ptfe的粒径为1μm~3μm,所述含有表面活性剂的ptfe粉末teflontm mp 1600、polyflon d-220、dyneontm tf 9205、fluoro gt 200或所述含有表面活性剂的ptfe粉末中,表面活性剂选自十二烷基硫酸钠、聚乙二醇烷基醚和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种;
13、对所述半成品进行等离子体处理的操作中,所述等离子体处理的气体为氩气、氮气或氨气,所述等离子体处理的处理时间为5min~30min,所述等离子体处理的功率为60w~200w。
14、在一个实施例中,所述将导电剂粉末和热熔胶粉末充分混合,得到底涂原料的操作为:按照质量份数,将50份~80份的所述导电剂粉末和20份~30份的热熔胶粉末混合并球磨,得到混合干粉,对所述混合干粉进行气流粉碎处理,得到所述底涂原料;
15、所述导电剂粉末还包括第二导电剂,所述第一导电剂和所述第二导电剂的质量比为40~60:10~20。
16、在一个实施例中,所述第二导电剂选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种,所述第二导电剂的粒径为1nm~1μm;
17、所述热熔胶粉末的材料为塑性热熔胶或聚酰胺,所述热熔胶粉末的粒径为0.5μ~1μm;
18、所述气流粉碎处理的气流速度为120m/s~360m/s,所述气流粉碎处理的处理时间为6min~30min。
19、在一个实施例中,将所述底涂原料均匀分散到集流体上,热处理使得所述底涂原料熔化形成固定在所述集流体上的底涂层的操作为:将所述底涂原料静电喷涂到所述集流体上,接着依次进行初级热处理和次级热处理,得到使得所述底涂原料熔化形成固定在所述集流体上的所述底涂层。
20、在一个实施例中,所述静电喷涂的操作中,喷涂电压为70kv~90kv,喷枪与铝箔间距为10cm~15cm;
21、所述初级热处理的温度为80℃~100℃,所述初级热处理的时间为1min~5min;
22、所述次级热处理的温度为180℃~200℃,所述次级热处理的时间为1min~5min;
23、所述热复合使得所述集流体、所述底涂层和所述干膜片依次层叠并固定在一起的操作中,所述热复合的温度为120℃~220℃,所述热复合的压力为1t~10t,所述热复合的时间为5s~10s。
24、一种电极片,由上述的电极片的制备方法制备得到。
25、一种储能器件,包括上述的电极片。
26、在一个实施例中,所述储能器件为二次电池或超级电容器。
27、本发明的电极片的制备方法以ptfe接枝导电炭材料粉末作为底涂层中的第一导电剂,聚四氟乙烯(ptfe)具有优异的化学稳定性和电绝缘性,通过在导电炭材料粉末表面接枝ptfe,可以显著改善导电炭材料粉末的分散性,避免了导电炭材料粉末在底涂层中团聚。结合具体实施例,本发明的电极片的制备方法制备的电极片在不同区域的电阻率差异较小,电化学稳定性较高。
28、此外,ptfe接枝导电炭材料粉末还可以改善导电炭材料粉末的电化学稳定性,减少了ptfe接枝导电炭材料粉末的降解。
29、本发明的电极片的制备方法制备的电极片应用于超级电容器时,可以提高超级电容器的整体性能。
1.一种电极片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的电极片的制备方法,其特征在于,所述将导电炭材料粉末分散到醇水溶液中,接着加入ptfe,充分混合后使所述ptfe均匀分布在所述导电炭材料粉末表面,得到混合液的操作为:将所述导电炭材料粉末加入到醇水溶液中,在0℃~5℃下超声分散均匀,接着加入所述ptfe,再次在0℃~5℃下超声分散均匀,使所述ptfe均匀分布在所述导电炭材料粉末表面,得到所述混合液;
3.根据权利要求2所述的电极片的制备方法,其特征在于,所述导电炭材料粉末的粒径1nm~20μm,所述导电炭材料粉末为炭黑、石墨烯或碳纳米管;
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的电极片的制备方法,其特征在于,所述将导电剂粉末和热熔胶粉末充分混合,得到底涂原料的操作为:按照质量份数,将50份~80份的所述导电剂粉末和20份~30份的热熔胶粉末混合并球磨,得到混合干粉,对所述混合干粉进行气流粉碎处理,得到所述底涂原料;
5.根据权利要求4所述的电极片的制备方法,其特征在于,所述第二导电剂选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种,所述第二导电剂的粒径为1nm~1μm;
6.根据权利要求4所述的电极片的制备方法,其特征在于,将所述底涂原料均匀分散到集流体上,热处理使得所述底涂原料熔化形成固定在所述集流体上的底涂层的操作为:将所述底涂原料静电喷涂到所述集流体上,接着依次进行初级热处理和次级热处理,得到使得所述底涂原料熔化形成固定在所述集流体上的所述底涂层。
7.根据权利要求6所述的电极片的制备方法,其特征在于,所述静电喷涂的操作中,喷涂电压为70kv~90kv,喷枪与铝箔间距为10cm~15cm;
8.一种电极片,其特征在于,由权利要求1~7中任意一项所述的电极片的制备方法制备得到。
9.一种储能器件,其特征在于,包括如权利要求8所述的电极片。
10.根据权利要求9所述的储能器件,其特征在于,所述储能器件为二次电池或超级电容器。