形成用于储能设备的电极结构的方法
2020-01-07

形成用于储能设备的电极结构的方法

本发明涉及形成可用于储能设备中的电极结构的方法,该方法包括碳和粘结剂的混合物在集流器上的喷雾沉积。另外,本发明涉及包括电极结构的储能设备,该电极结构是通过使用喷雾沉积方法将碳和粘结剂的混合物沉积在集流器上来生产的。

适合为本发明所使用的导电性添加剂包括,例如,炭黑,石墨,二氧化钛,氧化钌和它们的混合物。在一个实施方案中,该导电性添加剂含有导电性碳。在这一实施方案的一个方面,该导电性碳是炭黑,石墨和它们的混合物。适合为本发明所使用的市场上可买到的炭黑包括,例如,分别从Akzo Nobel和Cabot Corporation商购的ketjen黑和乙炔黑。在另一个实施方案中,该导电性添加剂显示出小于或等于50μm的体积平均粒度。

在一个实施方案中,由本发明的方法沉积的多孔电极显示出在25和500μm之间的平均固化厚度;另外地在50和250μm之间;另外地在50和150μm之间。

实施例1电极结构的制备三种不同的活性炭用于实施例1-36。

在一个实施方案中,该集流器可以是包括例如箔,有三维结构的泡沫状金属,多孔拉制金属网,网,筛,绒线(wool)或它们的结合物在内的形式。在这一实施方案的一个方面,该集流器可以由铝箔制成。

本发明的方法可以任选地包括集流器预处理操作。例如,能够对该集流器进行表面处理以改性它的表面能来促进它的润湿性和/或它的粘合性能。

在实施例1-36中的其上已沉积了碳/粘结剂混合物集流器在从伊利诺伊州Blue Island的Blue M Electric Co.商购的Model No.OV-580C-2对流烘箱中热固化。该烘箱被加热至在表I中对于各自实施例的每一个所指明的温度。其上沉积了碳/粘结剂混合物的集流器然后在烘箱中固化,同时将烘箱温度保持在指明的温度下达到在表I中列出的时间。

在表I中确定为“EGL-923”的碳是通过将从宾夕法尼亚州费城的Rohm and Haas Company商购的产品AmberliteTMXAD-761在1,000℃下碳化和然后在二氧化碳下活化来制备。在这些条件下生产的大网状碳然后被研磨到低于30微米的粒度。

适合为本发明使用的粘结剂包括,例如,聚酰胺,聚酯,纤维素酯,甲基纤维素,(甲基)丙烯酸酯,聚(甲基)丙烯酸酯,聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯(PVC),聚偏二氟乙烯(PVDF),聚苯砜,聚乙烯吡咯烷酮,聚四氟乙烯(PTFE),发泡的聚四氟乙烯(ePTFE),乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM),高分子量聚乙烯(UHMWPE),苯乙烯聚合物(styrenics)和它们的结合物。适合为本发明所使用的商购粘结剂包括Kynar761和Kynar2801,它们可从Atofina Chemicals of Philadelphia,Pennsylvania商购。本领域中技术人员知道选择适合用于包括本发明的电极结构的某个设备中的粘结剂材料。例如,对用于双层超级电容器中的电极结构,本领域中技术人员知道选择与用于该设备中的电解质相容的粘结剂材料。

适合用于本发明的电极结构中的集流器可以由几乎任何导电体制成。本领域中技术人员将知道为了某个应用来选择集流器的构造的合适材料。例如,本领域中技术人员会认识到被引入到双层超级电容器中的电极结构的集流器应该由导电性材料制成,后者显示出对用于该设备中的电解物质的耐电化学腐蚀和化学腐蚀性能。在一个实施方案中,该集流器可以从选自铝,不锈钢,锌,钛,钽,铜,金,镍或它们的结合物中的材料制成;另外地从选自铜和铝的材料制成;另外地从铝制成。

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在另一个实施方案中,该碳是一种活性炭,它的电容大于10F/g;BET表面积大于50m2/g,另外地50-3,000m2/g,另外地至少500m2/g,另外地500-2,500m2/g,另外地800-2,500m2/g,另外地1,000-2,500m2/g,另外地1,300-2,500m2/g,另外地1,500-2,500m2/g;孔隙容积大于0.1cm3/g;在0.1-50nm之间有至少一个峰的一种孔隙大小分布以及低于50μm的体积平均粒度。在这一实施方案的一个方面,该碳是大网状含碳材料。在这一实施方案的另一方面,该碳是粉末。

适合用于本发明的电解溶液中的有机溶剂包括,例如,电化学稳定的碳酸亚乙基酯;碳酸亚丙基酯;碳酸亚丁基酯;γ-丁内酯;环丁砜;环丁砜衍生物;3-甲基环丁砜;1,2-二甲氧基乙烷;乙腈;戊二腈;戊腈;二甲基甲酰胺;二甲亚砜;四氢呋喃;二甲氧基乙烷;甲酸甲酯;碳酸二甲基酯;碳酸二乙基酯;碳酸乙基甲基酯和它们的混合物。

适合用于本发明的电解溶液中的有机溶剂包括,例如,电化学稳定的碳酸亚乙基酯;碳酸亚丙基酯;碳酸亚丁基酯;γ-丁内酯;环丁砜;环丁砜衍生物;3-甲基环丁砜;1,2-二甲氧基乙烷;乙腈;戊二腈;戊腈;二甲基甲酰胺;二甲亚砜;四氢呋喃;二甲氧基乙烷;甲酸甲酯;碳酸二甲基酯;碳酸二乙基酯;碳酸乙基甲基酯和它们的混合物。

在表I中确定为“EGL-572”的碳是通过将从宾夕法尼亚州费城的Rohm and Haas Company商购的产品AmbersorbTM572研磨到低于30微米的粒度来制备。