CN106128803A - 扣式电极的制备方法和具有该扣式电极的元器件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电容器制造技术领域，特别涉及一种扣式电极的制备方法和具有该扣式电极的元器件及制备方法。该种扣式电极的制备方法先制备电极干粉，电极干粉经过两次的压力冲击压制成型，这种方式获得的极片既可以保证质量的均一性，又能避免由于主压冲击的时候极片因瞬间压力过大而造成开裂现象，保证了极片的成型效果。使用本发明制备的扣式电极所制备的扣式元器件，在容量的发挥、内阻的下降以及产品的一致性均得到了明显的改善，其产品的一致性远远高于传统扣式元器件。
Description
技术领域
本发明属于电容器制造技术领域，特别涉及一种扣式电极的制备方法和具有该扣式电极的元器件及制备方法。
背景技术
扣式元器件，指外形尺寸像一颗小纽扣的元器件，因其体积小，使用方便，故在各种微型电子产品中的应用较为广泛。常见的扣式元器件一般包含正极壳体、负极壳体、正极片、负极片、隔膜、密封圈和电解液。其中，极片对整个扣式元器件的性能起着决定性作用。传统的扣式元器件制作包括涂覆、辊压、冲片和烘烤等工序，这种极片的制作工艺比较繁琐，大大降低了生产效率。
为解决上述问题，授权公告号为CN104252975A的发明专利申请公开了一种制造扣式超级电容器电极的方法，该种扣式超级电容器电极的方法先制备的混合粉末材料，接着向粉末材料中加入粘结剂制成泥状材料，最后将泥状材料制成薄片。该种方法的泥状材料在辊压过程中，中间受力与两边的受力情况是不相同的，这会导致最终的产品一致性较差；而且圆片形的极片在经过辊压和烘烤脱水之后，极片会变成椭圆形，这种极片一方面受壳体的限制，另一方面正负极的位置极易出现偏差，限制了极片容量的发挥。此外，目前扣式元器件极片与壳体之间大部分是通过简单的接触面连接的，这种方式结合的扣式元器件的接触内阻偏大，容量发挥也不理想。
综合以上的讨论，开发一种既能保证产品一致性，又能使其容量和内阻得到充分的改善，同时还具有连续性生产的极片制作方式，成为了本行业亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种扣式电极及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了扣式电极的制备方法，其特征在于：
步骤1，将活性炭、乙炔黑粉末混合均匀，获得混合粉末材料；
步骤2，将粘结剂溶于溶剂中，获得粘结剂溶液；
步骤3，将步骤1获得的混合粉末加入粘结剂中，获得材料混合物；
步骤4，将步骤3获得的材料混合物进行干燥、过筛，获得电极干粉；
步骤5，将电极干粉装入冲压模具中，进行预压冲击将极片初步预压成型，预压量小于等于60％；
步骤6，对初步预压成型的极片进行主压冲击，冲压成型后获得成型极片；
步骤7，对成型极片真空干燥，获得扣式电极。
进一步的，步骤1中活性炭与乙炔黑粉末通过磁力搅拌机混合，搅拌时间5-8小时、搅拌转速为15Hz。
进一步的，步骤2中粘结剂为固含量58-62％的聚四氟乙烯乳液。
进一步的，溶剂为去离子水。
进一步的，步骤4中材料混合物的干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时，材料混合物过150目及以上筛网。
进一步的，步骤7中干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时。
一种扣式元器件，包括壳体和导电集流体，其特征在于：还包括上述任意一项所述的扣式电极，该扣式电极设置于壳体内，该扣式电极通过导电集流体与壳体连接。
扣式元器件的制备方法，其特征在于，制备权利要求7所述的扣式电极，所述导电集流体为网状集流体，具体步骤如下：
步骤1，将两片扣式电极面对面压制至网状集流体中间，该网状集流体的直径大于极片的直径、扣式电极与网状集流体同轴布置；
步骤2，将网状集流体裸露的部分焊接于壳体上；
步骤3，真空干燥处理后组装成元器件。
优化的，在步骤2的焊接网状集流体之前，在壳体与扣式极片之间覆盖一层导电胶。
优化的，扣式极片压制至网状集流体之前，在网状集流体表面覆盖一层导电胶。
由上述对本发明描述可知，本发明具有如下有益效果：扣式电极再经过两次的压力冲击压制成型，这种方式获得的极片既可以保证质量的均一性，又能避免由于主压冲击的时候极片因瞬间压力过大而造成开裂现象，保证了极片的成型效果。使用本发明制备的扣式电极所制备的扣式元器件，在容量的发挥、内阻的下降以及产品的一致性均得到了明显的改善，其产品的一致性远远高于传统扣式元器件。
附图说明
图1为装冲压装置的结构示意图。
图2为具体实施例一扣式元器件结构示意图。
图3为具体实施例二扣式元器件结构示意图。
图4为具体实施例三扣式元器件结构示意图。
图5为具体实施例四扣式元器件结构示意图。
图6为具体实施例五扣式元器件结构示意图。
具体实施方式
参照图1所示，以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
扣式电极的制备方法，其特征在于：
步骤1，将活性炭、乙炔黑粉末通过磁力搅拌机混合，搅拌时间5-8小时、搅拌转速为15Hz，获得混合粉末材料；
步骤2，将粘结剂溶于溶剂中，获得粘结剂溶液，其中粘结剂为固含量58-62％的聚四氟乙烯乳液，溶剂为去离子水；
步骤3，将步骤1获得的混合粉末加入粘结剂中，获得材料混合物；
步骤4，将步骤3获得的材料混合物进行干燥、过筛，获得电极干粉，优化的，干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时，材料混合物过150目及以上筛网；
步骤5，将电极干粉装入冲压模具中，进行预压冲击将极片初步预压成型，预压量小于等于60％；
步骤6，对初步预压成型的极片进行主压冲击，冲压成型后获得成型极片；
步骤7，对成型极片真空干燥，干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时，获得扣式电极。
具体实施例1：
使用选装冲压装置100对扣式电极进行加工，旋转冲压装置100包括旋转盘101、料槽102、加料装置103、预压装置104、主压装置105、出料装置106和清扫装置107；
步骤1，将42.5g活性炭、5.0g乙炔黑粉末通过磁力搅拌机混合，搅拌时间5-8小时、搅拌转速为15Hz，获得混合粉末材料；
步骤2，取4.2g 60％聚四氟乙烯乳液溶于150mL去离子水中，并利用磁力搅拌器搅拌均匀，获得粘结剂溶液；
步骤3，将步骤1获得的混合粉末加入粘结剂中，利用磁力搅拌器搅拌24h，得到电极材料混合物；
步骤4，将步骤3获得的材料混合物放入鼓风烘箱中进行干燥，干燥温度为70℃，处理时间为24h，然后以150目筛网进行过筛，获得所述的电极干粉，电极干粉装入料槽102中；
步骤5，电极干粉经过加料装置103装入冲压模具中，冲压模具的直径大小为12±0.5mm，深度为3±0.1mm，电极干粉填充量为43.0mg，旋转盘101旋转将模具旋转至预压工位，预压装置104进行预压冲击将极片初步预压成型，预压量为54％；
步骤6，旋转盘101将模具旋转至主压工位，主压装置105对初步预压成型的极片进行主压冲击，主压冲击的压力由材料的压实密度来定，本实施例电极材料的压实密度为0.47g/cm3，其对应的主压冲击压力为10MPa，冲压时间为5s，冲压成型后获得直径大小为12±0.3mm、厚度为800±3um、质量为43.0±0.5mg的成型极片，主压完成后，旋转盘101将模具旋转至出料工位，出料装置的吸盘将模具中的成型极片导出，旋转盘101将模具旋转至清扫工位，清扫装置对模具进行吸尘处理，返回步骤5；
步骤7，对经步骤6获得的成型极片真空干燥，干燥温度70℃、干燥时间20h，获得扣式电极。
具体实施例2：
其步骤1至4、步骤7均与具体实施例一相同，在此不再赘述；
步骤5，电极干粉经过加料装置103装入冲压模具中，冲压模具的直径大小为12±0.5mm，深度为3±0.1mm，电极干粉填充量为21.5mg，旋转盘101旋转将模具旋转至预压工位，预压装置104进行预压冲击将极片初步预压成型，预压量为54％；
步骤6，旋转盘101将模具旋转至主压工位，主压装置105对初步预压成型的极片进行主压冲击，主压冲击的压力由材料的压实密度来定，本实施例电极材料的压实密度为0.47g/cm3，其对应的主压冲击压力为10MPa，冲压时间为5s，冲压成型后获得直径大小为12±0.3mm、厚度为400±3um、质量为21.5±0.5mg的成型极片，主压完成后，旋转盘101将模具旋转至出料工位，出料装置的吸盘将模具中的成型极片导出，旋转盘101将模具旋转至清扫工位，清扫装置对模具进行吸尘处理，返回步骤5。
一种扣式元器件，包括壳体1、导电集流体、扣式电极、NKK型隔膜纸4和密封圈5，该扣式电极作为正、负极设置于壳体内并通过导电集流体与壳体1连接，正、负极的扣式电极间通过NKK型隔膜纸4隔开，密封圈5将壳体中的间隙密封。
具体实施例一：
参照图2所示，扣式元器件，包括壳体1、导电集流体2a、扣式电极3a、NKK型隔膜纸4和密封圈5，导电集流体2a为导电弹片，扣式电极3选用具体实施例1制备的直径大小为12±0.3mm、厚度为800±3um、质量为43.0±0.5mg的扣式电极作为正、负极，壳体1与扣式电极3之间以导电弹片连接，正、负扣式电极中间用NKK型隔膜纸4分开。
具体实施例二：
参照图3所示，扣式元器件，包括壳体1、导电集流体2b、扣式电极3a、NKK型隔膜纸4和密封圈5，扣式元器件导电集流体2导电胶2b，扣式电极3a选用具体实施例1制备的直径大小为12±0.3mm、厚度为800±3um、质量为43.0±0.5mg的成型极片作为正、负极，壳体1与扣式电极3之间以导电胶连接，正、负扣式电极中间用NKK型隔膜纸4分开。
具体实施例三：
参照图4所示，扣式元器件，包括壳体1、导电集流体2c、扣式电极3b、NKK型隔膜纸4和密封圈5，导电集流体2为直径为15±0.5mm网状集流体2c，扣式电极3选用具体实施例2制备的直径大小为12±0.3mm、厚度为400±3um、质量为21.5±0.5mg的成型极片，正、负扣式电极中间用NKK型隔膜纸4分开；
该种扣式元器件的制备方法如下：
步骤1，将两片扣式电极3面对面压制至网状集流体2c中间，扣式电极与网状集流体2c同轴布置；
步骤2，将网状集流体2c裸露的部分焊接于壳体1上；
步骤3，真空干燥干燥70℃处理20h后组装成元器件。
具体实施例四：
参照图5所示，选用与具体实施例三相同的壳体1、导电集流体2c、扣式电极3b、NKK型隔膜纸4和密封圈5；
该种扣式元器件的制备方法如下：
步骤1，将两片扣式电极3面对面压制至网状集流体2c中间，扣式电极与网状集流体2c同轴布置；
步骤2，在壳体1与扣式极片3之间覆盖一层导电胶2b，将网状集流体2c裸露的部分焊接于壳体1上；
步骤3，真空干燥干燥70℃处理20h后组装成元器件。
具体实施例五：
参照图6所示，扣式元器件，选用与具体实施例三相同的壳体1、导电集流体2c、扣式电极3b、NKK型隔膜纸4和密封圈5；
该种扣式元器件的制备方法如下：
步骤1，在网状集流体表面覆盖一层导电胶2b，将两片扣式电极3面对面压制至网状集流体2c中间，扣式电极与网状集流体2c同轴布置；
步骤2，网状集流体2c裸露的部分焊接于壳体1上；
步骤3，真空干燥干燥70℃处理20h后组装成元器件。
对照例：
为了进一步比较，按照传统的工艺将具体实施例1获得的电极材料混合物制成直径为12±0.5mm的极片，组装成扣式元器件。
实验分析：
分别制得上述实施例的扣式元器件的随机样品50只，测试其容量、内阻，并对产品的一致性进行分析。对各组测试分别计算平均值，并利用方差或者标准偏差衡量产品一致性，得到表1所示的实验数据对照表。
表1实验数据对照表
对比对照例和实施例一、二可知，使用本发明提供的方法制备的扣式电极成型效果良好，而且质量均一，利用该极片组装出来的扣式元器件，其产品的一致性远远高于传统扣式极片。
对比对照例和实施例三、四、五可知，将所述的扣式电极面对面压制至网状集流体中间，并焊接至扣式壳体上，然后组装成扣式元器件。所获得的扣式元器件比于传统方法，其容量的发挥、内阻的下降以及产品的一致性均可得到明显的改善。这些性能的改善一方面来源于通过所述方法获得极片成型效果良好，质量均一，另一方面则是由于成型极片面对面压制至网状集流体进一步改善了扣式极片的容量和内阻。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.扣式电极的制备方法，其特征在于：
步骤1，将活性炭、乙炔黑粉末混合均匀，获得混合粉末材料；
步骤2，将粘结剂溶于溶剂中，获得粘结剂溶液；
步骤3，将步骤1获得的混合粉末加入粘结剂中，获得材料混合物；
步骤4，将步骤3获得的材料混合物进行干燥、过筛，获得电极干粉；
步骤5，将电极干粉装入冲压模具中，进行预压冲击将极片初步预压成型，预压量小于等于60％；
步骤6，对初步预压成型的极片进行主压冲击，冲压成型后获得成型极片；
步骤7，对成型极片真空干燥，获得扣式电极。
2.根据权利要求1所述的扣式电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1中活性炭与乙炔黑粉末通过磁力搅拌机混合，搅拌时间5-8小时、搅拌转速为15Hz。
3.根据权利要求1所述的扣式电极的制备方法，其特征在于：所述步骤2中粘结剂为固含量58-62％的聚四氟乙烯乳液。
4.根据权利要求1或3所述的扣式电极的制备方法，其特征在于：所述溶剂为去离子水。
5.根据权利要求1或2所述的扣式电极的制备方法，其特征在于：所述步骤4中材料混合物的干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时，材料混合物过150目及以上筛网。
6.根据权利要求1所述的扣式电极的制备方法，其特征在于：所述步骤7中干燥温度为65-75℃，干燥时间20-30小时。
7.一种扣式元器件，包括壳体和导电集流体，其特征在于：还包括权利要求1至6任意一项所述的扣式电极，该扣式电极设置于壳体内，该扣式电极通过导电集流体与壳体连接。
8.扣式元器件的制备方法，其特征在于，制备权利要求7所述的扣式电极，所述导电集流体为网状集流体，具体步骤如下：
步骤1，将两片扣式电极面对面压制至网状集流体中间，该网状集流体的直径大于极片的直径、扣式电极与网状集流体同轴布置；
步骤2，将网状集流体裸露的部分焊接于壳体上；
步骤3，真空干燥处理后组装成元器件。
9.根据权利要求8所述的扣式元器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤2的焊接网状集流体之前，在壳体与扣式极片之间覆盖一层导电胶。
10.根据权利要求8或所述的扣式元器件的制备方法，其特征在于：所述扣式极片压制至网状集流体之前，在网状集流体表面覆盖一层导电胶。
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