| 标题 | 超级电容器的制造工艺优化与性能探究 |
| 范文 | 姜海信 摘要：装置电容器的工程制造是启动电容器研究和开发的主要内容之一，是确定超级电容器是否产业化的关键。使用自制的活性炭为原料制备了2.5V/10F的有机超级电容器，并考察了各种粘合剂体系、导电剂含量、粘合剂含量和轧制压力对超级电容器容量和内阻的影响。准备好的超级电容器性能测试结果表明，在1.6A的放电电流下，电容器能量密度为2.96Wh/kg，在2.5V恒压后1小时电容器漏电流小于0.15mA，5000次循环后仍有容量。与超级电容器的500次循环相比，衰减小于3。 关键词：超级电容器;容量;内阻;循环 1前言 超级电容器是介于常规电容器和电池之间的新型储能装置，具有脉冲性能好，放电快，无污染，免维护，使用寿命长的优点。它在航空航天，国防和军事工业，电动汽车，无线通信，消费电子和其他领域具有广泛的应用可能性。到2015年，在商业、工业和汽车领域的应用预计将达到100亿美元。 超级电容器研究和开发中的另一个热点PT是器件的工程制造，这是确定超级电容器是否可以产业化的关键。鉴于国内超级电容器设备工程制造技术的现状，国内公司普遍没有超级电容器极涂层的核心技术。一些公司购买外国极靴，然后在中国对其进行切割，轧制和封装，以制造这种装置，但是成本相对较高。因此，获得旨在改善超级电容器性能的器件工程制造技能，例如优化粘合剂体系，极靴的活性材料配方，制备工艺和时效体系等，具有非常实际的意义。 本实验旨在以自制活性炭为原料制备工业批量的有机超级电容器，通过选择胶粘剂体系，优化原料配方及相关制造工艺，研制出2.5V/10F的有机超级电容器。准备就绪，测试了相关性能。 2实验结果与讨论 2.1不同黏接剂体系对电容性能影响 由不同的粘合剂体系制备的浆料涂层，与水性粘合剂体系（通过乳液聚合制备的二元粘合剂），浆料的混合在G45-060-3-R混合釜中完成，用M12-400-1-T单面批量涂布机将浆液涂布在0.03mm厚的铝箔上，并以5mm批量进行双面批量涂布。 2.2极片的提压与卷绕 采用X15-400-1-DZ型双辑轧膜机对涂覆烘烤后的极片进行辐压。采用DYZ-308型半自动卷绕机 对超级电容器极片进行卷绕，卷针直径为2mm。 2.3器件的注液封口 卷芯在由真空干燥箱改装的注液设备中注液，先于105Y条件下烘烤2h，保持真空度-0.09 MPa，烘烤完毕后，再通入氮气冷却。注液时，从装置的上部缓慢加入电解液至盛芯包的容器内，待卷芯吸满电 解液后，打开装置，开大嬴气流量，快速将卷芯套上橡皮头，装入铝壳，用密封袋密封好，放入手套箱内于封口机进行密封。 2.4测试 在LAND电池程序控制测试仪上测试了超级电容器的老化，超级电容器的容量，内部电阻和泄漏电流。电极的内电阻由恒流充电和放电曲线中的电压降计算得出，根据恒流充放电曲线的斜率计算出活性炭的容量和容量。 但是，由于在涂覆和加热过程中水易于挥发，因此在极靴的表面上可以看到由于水的蒸发而形成的孔。 用水基粘合劑体系制造的极靴具有更好的涂覆性能以及更好的内部电阻和循环性能，这表明使用水基粘合剂更有利于电极活性材料的导电网络的形成。但是，对于PVDF-NMP系统，由于结块，超级电容器的内部电阻会变大。此外，超级电容器电解质会与PVDF发生化学反应而产生气体，并且在反复的充电和放电循环中，电容器外壳会膨胀，从而降低循环性能。 2.2导电剂含量对超级电容器性能的影响 不同导电剂含量对超级电容器电极材料比电容量和内阻的影响如图2所示。在未加导电剂的情况下，超级电容器电极材料比电容量仅为77F/g，而此时超级电容器极片内阻高达2.5Q/cm2。这是由于活 性炭材料孔隙率大且为结晶度较差的微晶石墨结构，电子导电率较低，造成超级电容器的内阻校高;且由于低导电率影响了固/液界面的双电层建立，进而影响到活性炭双电层容量的发挥。 随着导电剂含量的增加，超级电容器电极材料的比电容量明显增加，当导电剂含量达到10%効时，电极材料的比电容量逐渐趋于稳定。当导电剂含量 继续增高时，电极材料的比电容量没有明显增加的趋势。另一方面，超级电容器内阻也随导电剂的加入迅速降低，在10%伽时趋于稳定，再增加导电剂的含量，超级电容器的内阻呈缓慢增加的趋势。 加入导电剂的目的是为了使极片上的导电剂与活性炭形成有效的导电网络，这有利于改善活性炭间的电子传输，从而降低内阻;促进界面双电层电极材料一侧的电子传输。但是当导电剂增加到一定程度后，再增加导电剂含量对比电容量的影响已经不大;同时乙狭黑等导电剂的密度很小，在较高黏度的 浆料中有自发团聚的倾向，所以过量的导电剂会发 生团聚，影响涂覆效果，使超级电容器的内阻有缓慢 增加的趋势。 接触不好，会导致极片电子阻抗升高，影响超级电容器的内阻;黏结剂含量过高，过量的黏结剂会堵塞活性炭颗粒之间的孔隙，造成电解液离子传输困难，从而增加了双电层形成过 程中的离子传输阻抗，造成内阻上升;同时，过量的黏结剂还可能堵塞一小部份活性炭上的孔隙，造成电极材料比容量降低。因此，在超级电容器极片制造过程中，需要合理控制黏结剂的用量。 3结论 以自制活性炭电极材料为原料，考察了不同黏接剂体系、不同导电剂含量、不同黏接剂含量、不同压制压力对所制备超级电容器容量和内阻的影响，从有机系卷绕式超级电容器工程化制备的角度优化了各项工艺条件，确定了在采用水性黏接剂的前提下，活性碳、导电剂、黏接剂含量分别为80%讽、10%如、10%血时，压制压力在25T时，所制备超级电容器表现出最佳的电容行为。 制备了2.5V/10F超级电容器，并考察了其电容特性，电容器的循环伏安曲线表现出理想的电容特性，在0.2-1.6 A的放电电流下，超级电容器容量基本保持不变，表现出理想的大倍率放电特性，以1.6 A大电流放电时，能量密度为2.96Wh/kg，在2.5V恒压lh后，电容器漏电流小于0.15mA，在5000次循环后，超级电容器容量与500次循环时相比，衰减量小于3%。 参考文献 [1]一种超级电容器极片制造用压片装置[P].黄浩宇，吴文，陈玲.中国专利：CN108922797A，2018-11-30 [2]一种锂离子电容器用预嵌锂装置[P].荣常如，韩金磊，冯佳奇，陈书礼，米新艳，张克金.中国专利：CN203562320U，2014-04-23 [3]超级电容器研究进展[J].肖谧，宿玉鹏，杜伯学.电子元件与材料.2019（09） |
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