本文關(guān)鍵詞：雙電層電容器電極涂覆過程中若干工藝問題研究

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【摘要】：雙電層電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點,是適合短時間大電流充放電的重要儲能裝置,因此在眾多領(lǐng)域的應用都頗受矚目。雙電層電容器器件性能不僅與活性炭、粘結(jié)劑以及導電劑的種類有關(guān),還與電極材料的添加量、電極漿料涂覆厚度等生產(chǎn)工藝條件有關(guān)。目前超級電容器的電極制造過程缺乏具有針對性的研究,因此對雙電層電容器涂布過程工藝條件探索具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以粒徑5μm的瀝青基活性炭為電極活性物質(zhì),通過改變電極漿料的配方以及涂覆的濕膜厚度,制備了一系列扣式雙電層電容器。通過循環(huán)伏安、交流阻抗、恒流充放電等電化學表征手段評估電極性能,對電極漿料固含物濃度、粘結(jié)劑種類、粘結(jié)劑添加量、涂膜厚度等條件作出優(yōu)化,掌握了電極性能隨工藝條件的變化規(guī)律。本實驗得出以下結(jié)論：1.考察電極漿料濃度對雙電層電容器性能的影響,通過流變行為優(yōu)化電極漿料的配比。結(jié)果表明,漿料粘度隨著剪切速率的增加而減少,隨著固含物濃度的增加而增加。當剪切速率恒定時,漿料粘度不隨時間變化而變化,說明該體系分散穩(wěn)定。當漿料濃度高于0.25g/ml時,漿料的攪拌制備難度增加,難以得到分散均勻的電極漿料。當電極漿料濃度為0.225g/ml時,可以制備出具有最佳性能的電極,在1 A/g的充放電速率下,其比電容可達34.3 F/g。2.考察粘結(jié)劑種類對雙電層電容器性能的影響,分別以油性PVDF、水性CMC/SBR和水性LA133作為粘結(jié)劑,優(yōu)化粘結(jié)劑添加量,并比較其對電容器電化學性能的影響。結(jié)果表明,以PVDF或CMC/SBR為粘結(jié)劑,固含物濃度0.225g/ml時,漿料粘度在2000-3000 mPa·s之間,電極漿料具有良好的流平性能。以LA133為粘結(jié)劑時,固含物濃度為0.225g/ml情況下,電極漿料粘度只有20-350 mPa·s,極易流動,難以涂覆。PVDF的最佳添加量為8 wt.%,此時電極在1 A/g下比電容為39.2 F/g,2000次循環(huán)后的容量保持率為95.2%。CMC/SBR的最佳添加量為8 wt.%,此時電極在1 A/g下比電容為34.7F/g,2000次循環(huán)后的容量保持率為92.6%。3.考察涂膜厚度對雙電層電容器性能的影響。結(jié)果表明,當涂膜厚度為60-90μm時,可以獲得較好的電化學性能。90μm厚度電極在1 A/g的充放電速率下,比電容可達到34.3 F/g,2000次循環(huán)以后的容量保持率為94.4%。
【關(guān)鍵詞】：雙電層電容器 電極制備 涂覆 固含物濃度 粘結(jié)劑
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 前言11-12
• 1.2 超級電容器12-13
• 1.3 超級電容器分類13-14
• 1.3.1 雙電層電容13
• 1.3.2 法拉第贗電容13-14
• 1.3.3 混合型電容器14
• 1.4 雙電層電容器材料14-18
• 1.4.1 電極活性物質(zhì)14-16
• 1.4.2 電解液體系16-17
• 1.4.3 粘結(jié)劑17-18
• 1.5 電容器組裝生產(chǎn)工藝18-19
• 1.5.1 電極片的制備18
• 1.5.2 電容器單元設計18-19
• 1.6 超級電容器測試方法19-23
• 1.6.1 循環(huán)伏安法19-20
• 1.6.2 電化學交流阻抗譜20-22
• 1.6.3 恒流充放電22-23
• 1.7 超級電容器的應用和市場23-25
• 1.7.1 發(fā)電及電網(wǎng)穩(wěn)定運行23-24
• 1.7.2 混合動力及電容電動汽車24-25
• 1.7.3 能量回收系統(tǒng)25
• 1.8 課題的提出以及研究內(nèi)容25-26
• 第2章 實驗原料及設備26-30
• 2.1 主要實驗原料26-29
• 2.1.1 活性炭的制備26-28
• 2.1.2 電解液28
• 2.1.3 其他化學試劑28-29
• 2.2 電化學性能測試29-30
• 第3章 漿料濃度對雙電層電容器性能的影響30-38
• 3.1 電極制備30-31
• 3.1.1 電極漿料制備30
• 3.1.2 電極漿料涂覆30
• 3.1.3 電極干燥30-31
• 3.1.4 沖片及油壓31
• 3.1.5 電極二次干燥及電容器組裝31
• 3.2 實驗結(jié)果與討論31-37
• 3.2.1 漿料濃度對電極漿料性能的影響31-33
• 3.2.2 漿料濃度對電容器性能的影響33-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 第4章 粘結(jié)劑對雙電層電容器性能的影響38-59
• 4.1 聚偏氟乙烯(PVDF)38-45
• 4.1.1 實驗部分38-39
• 4.1.2 聚偏氟乙烯(PVDF)添加量對電極漿料性能的影響39-40
• 4.1.3 聚偏氟乙烯(PVDF)添加量對電容器性能的影響40-45
• 4.2 羧甲基纖維素(CMC)和丁苯橡膠(SBR)混合粘結(jié)劑45-50
• 4.2.1 實驗部分45
• 4.2.2 羧甲基纖維素(CMC)和丁苯橡膠(SBR)添加量對電極漿料性能的影響45-46
• 4.2.3 羧甲基纖維素(CMC)和丁苯橡膠(SBR)添加量對電容器性能的影響46-50
• 4.3 LA13350-57
• 4.3.1 實驗部分50-52
• 4.3.2 LA133添加量對電極漿料性能的影響52-53
• 4.3.3 LA133添加量對電容器性能的影響53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第5章 涂覆電極厚度對雙電層電容器性能的影響59-65
• 5.1 實驗部分59
• 5.2 涂覆厚度對電容器電化學性能的影響59-64
• 5.3 本章小結(jié)64-65
• 第6章 結(jié)論及展望65-67
• 6.1 主要結(jié)論65-66
• 6.2 創(chuàng)新點66
• 6.3 工作展望66-67
• 參考文獻67-73
• 致謝73

【參考文獻】

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本文編號：1101377