CN105428083A - 一种具备高导电率高机械强度的电极浆料 - Google Patents

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Abstract

一种具备高导电率高机械强度的电极浆料，先用CMC制得1.5％CMC水溶液；然后加入导电剂PEDOT:PSS分散均匀，再加入超级电容器用电极材料，使用公自转混料机搅拌均匀后，在得到的混合物中加入SBR。真空低速搅拌后得到混合了粘结剂的电极浆料。该工艺使用水系粘接剂粘度高且无毒无污染。导电剂PEDOT:PSS在水中稳定不分层且电导率远高于传统的导电剂如乙炔黑等。应用该粘结剂的电池、超级电容器极片，接触电阻小，剥离强度高。该工艺会明显提高电池、电容器产品的耐物理冲击性和耐电流纹波性。

Description

一种具备高导电率高机械强度的电极浆料
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及可用于制备超级电容器以及锂离子电池的一种具备高导电率高机械强度的电极浆料。
背景技术
在现有的技术领域中，对于锂离子电池以及超级电容器的制备过程中，需要将正负极活性物质用粘合剂粘在铝和/或铜集流体表面上，其中，粘合剂的粘结力以及电导率对电池和电容器的性能具有决定性的影响。
通常采用的含氟聚合物粘合剂(又称PVDF粘合剂，如将聚偏二氟乙烯溶于N-甲基吡咯烷酮溶剂制成的聚合物制备的粘合剂)是一种在锂离子电池、超级电容***中被广泛接受作为粘接剂的材料，其粘接效果好，质量可控，性能稳定；而另一种常用的粘合剂是SBR/CMC水溶液体系粘合剂，这种粘合剂成本低、无污染在水系电解液中具有良好的分散能力和结合力，适合于在水系超级电容器或镍氢电池等中使用。然而这两种粘合剂溶液本身不导电，需要添加不溶的碳粉材料作为导电剂，这使得粘合剂浆料会随时间而分层沉淀，导致电池/电容器接触电阻随使用时间而增大，并且溶液内掺杂的碳粉颗粒如导电炭黑会严重影响活性材料和金属片之间的附着力、抗拉伸强度等机械属性，严重影响器件的倍率性以及耐冲击性，这一点在SBR/CMC水溶液体系粘合剂中表现得较为明显，而在含氟聚合物类粘合剂中虽然情况较好但依然存在，另外，这一类有机系粘合剂还存在这使用成本高，在生产、加工过程中或多或少存在着一定程度的污染问题的缺陷，且其胶层的机械强度和均匀性存在一定矛盾。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种具备高导电率高机械强度的电极浆料，这种粘合剂具有导电性优异，散热性好，具有可调节的透光性及良好的延展性与弹性，同时这种粘合剂制备方法简单，易实现工业化，可用以弥补上述现有技术的不足。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种具备高导电率高机械强度的电极浆料，包括以下质量份的原料：
CMC：1质量份
PEDOT:PSS粉末：0.5质量份
活性物质：10～12质量份
SBR：0.5～1.2质量份
其制备方法为：
取CMC用去离子水调和稀释，得到质量分数为1.5％CMC水溶液，将水溶液加热到60℃并保持，在60℃的恒温条件下加入PEDOT:PSS粉末，利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后加入球磨机或者其他滚动搅拌器中，并加入活性物质及钢珠搅拌1小时搅拌完成后加入SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
本发明的粘合剂在使用时，取集流体(铝箔，铜箔)，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂，然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀刮涂在集流体表面，然后将刮涂完成后的集流体置于150℃的对流烘箱中干燥30分钟即可。
在本发明中，所述活性物质为超级电容器或锂离子电池电极上附着的储能物质，具体为石墨、活性炭、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、赝电容材料中的一种。
在本发明中，制作器件时需要将活性物质与粘合剂充分混合并粘在集流体(铝箔，铜箔)上，并且要掺入一定数量的导电物质使活性物质浆料与集流体形成高电导率的欧姆接触。
有益效果：本发明使用导电聚合物PEDOT:PSS替代碳粉材料在SBR/CMC水系粘结剂中作为导电剂，具有良好的水溶性，电导率超过碳粉材料，可有效降低电池、超级电容器极片的接触电阻，提高器件耐大电流纹波性能；同时其长链分子结构易与浆料内的活性物质物理结合，使涂敷在集流体上的电极浆料有更高的附着力，抗拉伸强度，从而提高超级电容，电池的倍率性和抗物理冲击性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例一：
a、制备锂离子电池的正极
先用去离子水稀释1质量份的CMC得到1.5％CMC水溶液，然后在60℃的恒温下加入0.5质量份的纯净PEDOT:PSS粉末利用公自转混料机搅拌分散2小时；然后把12质量份的LiCoO2粉末加入溶液，并在其中加入钢珠，然后放入球磨机中进行湿式球磨1小时，最后加入1质量份的SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
取锂离子电池专用铜箔，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂。然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀涂在上面。然后将样品置于150℃对流烘箱中干燥30分钟，得到锂离子电池正极。
b、制备锂离子电池的负极
先用去离子水稀释1质量份的CMC得到1.5％CMC水溶液，然后60度恒温下加入0.5质量份的纯净PEDOT:PSS粉末利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后把10质量份的MCMB10-28石墨加入溶液，并在其中加入钢珠然后放入球磨机中进行湿式球磨1小时。最后加入1.2质量份的SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
取锂离子电池专用铜箔，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂。然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀涂在上面。然后将样品置于150℃对流烘箱中干燥30分钟，得到锂离子电池负极。
实施实例二：
制备双电层型超级电容器的正负极
先用去离子水稀释1质量份的CMC得到1.5％CMC水溶液，然后60度恒温下加入0.5质量份的纯净PEDOT:PSS粉末利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后把10质量份的超级电容器用活性炭粉末加入溶液；再在其中加入钢珠然后放入球磨机中进行湿式球磨1小时，最后加入0.8质量份的SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
取超级电容器专用铝箔，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂。然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀涂在上面。然后将样品置于150℃对流烘箱中干燥30分钟，得到双电层型超级电容器正极或负极。
实施实例三：
a、制备赝电容型超级电容器的正极
先用去离子水稀释1质量份的CMC得到1.5％CMC水溶液，然后60度恒温下加入0.5质量份的纯净PEDOT:PSS粉末利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后把10质量份的超级电容器用活性炭粉末加入溶液；并在其中加入钢珠然后放入球磨机中进行湿式球磨1小时，最后加入0.5质量份的SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
取超级电容器专用铜箔或铝箔，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂。然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀涂在上面。然后将样品置于150℃对流烘箱中干燥30分钟，得到赝电容型超级电容器正极。
b、制备赝电容型超级电容器的负极
先用去离子水稀释1质量份的CMC得到1.5％CMC水溶液，然后60度恒温下加入0.5质量份的纯净PEDOT:PSS粉末利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后把10质量份的活性炭粉末加入溶液；再在其中加入钢珠然后放入球磨机中进行湿式球磨1小时。最后加入0.5～1.2质量份的SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
取超级电容器专用铜箔或铝箔，用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂。然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀涂在上面。然后将样品置于150℃对流烘箱中干燥30分钟，得到赝电容型超级电容器负极。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种具备高导电率高机械强度的电极浆料，其特征在于，包括以下质量份的原料：
CMC：1质量份
PEDOT:PSS粉末：0.5质量份
活性物质：10～12质量份
SBR：0.5～1.2质量份
所述活性物质为超级电容器或锂离子电池电极上附着的储能物质，具体为石墨、活性炭、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、赝电容材料中的一种；
其制备方法为：
取CMC用去离子水调和稀释，得到质量分数为1.5％CMC水溶液，将水溶液加热到60℃并保持，在60℃的恒温条件下加入PEDOT:PSS粉末，利用公自转混料机搅拌分散2小时，然后加入球磨机或者其他滚动搅拌器中，并加入活性物质及钢珠搅拌1小时搅拌完成后加入SBR，在真空条件下，保持15转/分钟的转速低速搅拌30分钟后得到混合了粘结剂的电极浆料。
2.根据权利要求1所述的一种具备高导电率高机械强度的电极浆料，其特征在于，使用时，取集流体用甲苯擦拭表面，除去表面的油脂，然后将已分散均匀的浆料利用一个带有200μm间隙的刮刀刮涂在集流体表面，然后将刮涂完成后的集流体置于150℃的对流烘箱中干燥30分钟即可。
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