双电层电容器电极涂覆过程中若干工艺问题研究

发布时间：2017-10-27 01:31

  本文关键词：双电层电容器电极涂覆过程中若干工艺问题研究

  更多相关文章： 双电层电容器 电极制备 涂覆 固含物浓度 粘结剂

【摘要】：双电层电容器具有功率密度高、循环寿命长等优点,是适合短时间大电流充放电的重要储能装置,因此在众多领域的应用都颇受瞩目。双电层电容器器件性能不仅与活性炭、粘结剂以及导电剂的种类有关,还与电极材料的添加量、电极浆料涂覆厚度等生产工艺条件有关。目前超级电容器的电极制造过程缺乏具有针对性的研究,因此对双电层电容器涂布过程工艺条件探索具有十分重要的理论和现实意义。本文以粒径5μm的沥青基活性炭为电极活性物质,通过改变电极浆料的配方以及涂覆的湿膜厚度,制备了一系列扣式双电层电容器。通过循环伏安、交流阻抗、恒流充放电等电化学表征手段评估电极性能,对电极浆料固含物浓度、粘结剂种类、粘结剂添加量、涂膜厚度等条件作出优化,掌握了电极性能随工艺条件的变化规律。本实验得出以下结论：1.考察电极浆料浓度对双电层电容器性能的影响,通过流变行为优化电极浆料的配比。结果表明,浆料粘度随着剪切速率的增加而减少,随着固含物浓度的增加而增加。当剪切速率恒定时,浆料粘度不随时间变化而变化,说明该体系分散稳定。当浆料浓度高于0.25g/ml时,浆料的搅拌制备难度增加,难以得到分散均匀的电极浆料。当电极浆料浓度为0.225g/ml时,可以制备出具有最佳性能的电极,在1 A/g的充放电速率下,其比电容可达34.3 F/g。2.考察粘结剂种类对双电层电容器性能的影响,分别以油性PVDF、水性CMC/SBR和水性LA133作为粘结剂,优化粘结剂添加量,并比较其对电容器电化学性能的影响。结果表明,以PVDF或CMC/SBR为粘结剂,固含物浓度0.225g/ml时,浆料粘度在2000-3000 mPa·s之间,电极浆料具有良好的流平性能。以LA133为粘结剂时,固含物浓度为0.225g/ml情况下,电极浆料粘度只有20-350 mPa·s,极易流动,难以涂覆。PVDF的最佳添加量为8 wt.%,此时电极在1 A/g下比电容为39.2 F/g,2000次循环后的容量保持率为95.2%。CMC/SBR的最佳添加量为8 wt.%,此时电极在1 A/g下比电容为34.7F/g,2000次循环后的容量保持率为92.6%。3.考察涂膜厚度对双电层电容器性能的影响。结果表明,当涂膜厚度为60-90μm时,可以获得较好的电化学性能。90μm厚度电极在1 A/g的充放电速率下,比电容可达到34.3 F/g,2000次循环以后的容量保持率为94.4%。
【关键词】：双电层电容器 电极制备 涂覆 固含物浓度 粘结剂
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 前言11-12
• 1.2 超级电容器12-13
• 1.3 超级电容器分类13-14
• 1.3.1 双电层电容13
• 1.3.2 法拉第赝电容13-14
• 1.3.3 混合型电容器14
• 1.4 双电层电容器材料14-18
• 1.4.1 电极活性物质14-16
• 1.4.2 电解液体系16-17
• 1.4.3 粘结剂17-18
• 1.5 电容器组装生产工艺18-19
• 1.5.1 电极片的制备18
• 1.5.2 电容器单元设计18-19
• 1.6 超级电容器测试方法19-23
• 1.6.1 循环伏安法19-20
• 1.6.2 电化学交流阻抗谱20-22
• 1.6.3 恒流充放电22-23
• 1.7 超级电容器的应用和市场23-25
• 1.7.1 发电及电网稳定运行23-24
• 1.7.2 混合动力及电容电动汽车24-25
• 1.7.3 能量回收系统25
• 1.8 课题的提出以及研究内容25-26
• 第2章 实验原料及设备26-30
• 2.1 主要实验原料26-29
• 2.1.1 活性炭的制备26-28
• 2.1.2 电解液28
• 2.1.3 其他化学试剂28-29
• 2.2 电化学性能测试29-30
• 第3章 浆料浓度对双电层电容器性能的影响30-38
• 3.1 电极制备30-31
• 3.1.1 电极浆料制备30
• 3.1.2 电极浆料涂覆30
• 3.1.3 电极干燥30-31
• 3.1.4 冲片及油压31
• 3.1.5 电极二次干燥及电容器组装31
• 3.2 实验结果与讨论31-37
• 3.2.1 浆料浓度对电极浆料性能的影响31-33
• 3.2.2 浆料浓度对电容器性能的影响33-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 粘结剂对双电层电容器性能的影响38-59
• 4.1 聚偏氟乙烯(PVDF)38-45
• 4.1.1 实验部分38-39
• 4.1.2 聚偏氟乙烯(PVDF)添加量对电极浆料性能的影响39-40
• 4.1.3 聚偏氟乙烯(PVDF)添加量对电容器性能的影响40-45
• 4.2 羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)混合粘结剂45-50
• 4.2.1 实验部分45
• 4.2.2 羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)添加量对电极浆料性能的影响45-46
• 4.2.3 羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)添加量对电容器性能的影响46-50
• 4.3 LA13350-57
• 4.3.1 实验部分50-52
• 4.3.2 LA133添加量对电极浆料性能的影响52-53
• 4.3.3 LA133添加量对电容器性能的影响53-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第5章 涂覆电极厚度对双电层电容器性能的影响59-65
• 5.1 实验部分59
• 5.2 涂覆厚度对电容器电化学性能的影响59-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第6章 结论及展望65-67
• 6.1 主要结论65-66
• 6.2 创新点66
• 6.3 工作展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 余丽丽;朱俊杰;赵景泰;;超级电容器的现状及发展趋势[J];自然杂志;2015年03期

2 韦统振;吴理心;韩立博;霍群海;;基于超级电容器储能的交直交变频驱动系统制动能量综合回收利用方法研究[J];中国电机工程学报;2014年24期

3 刘勇;;超级电容器的发展动态[J];电源技术;2013年05期

4 杨仲秋;赵孝文;王刚毅;陈薇;梁爽;李志刚;张丽芳;高德玉;赵弘韬;;电化学超级电容器电极材料研究进展[J];黑龙江科学;2013年03期

5 钟玉兰;王红强;李庆余;;氢氧化钾活化法制备淀粉活性炭电极材料[J];河北师范大学学报(自然科学版);2012年01期

6 周林;黄勇;郭珂;冯玉;;微电网储能技术研究综述[J];电力系统保护与控制;2011年07期

7 张国驹;唐西胜;齐智平;;超级电容器与蓄电池混合储能系统在微网中的应用[J];电力系统自动化;2010年12期

8 李升宪;赵莹;王会勤;胡晓宏;张建银;;电解液组成对超级电容器性能影响[J];电池工业;2010年02期

9 张文亮;丘明;来小康;;储能技术在电力系统中的应用[J];电网技术;2008年07期

10 刘亚菲;胡中华;任炼文;杨静;陈晓妹;;高性能活性炭电极材料在双电层电容器中的应用[J];新型炭材料;2007年04期

，

本文编号：1101377