软式干电极技术应用在超级电容器之性能研究

软式干电极技术应用在超级电容器之性能研究

¹财团法人工业技术研究院 绿能与环境研究所
²佑顺发机械股份有限公司

摘要

本计画欲透过物理性混掺、机械压延及裁切修边流程等开发具高活物承载率、挠曲、厚度可调等特性之可挠式储能电极，并搭配国内厂商所开发设计可应用于储能电池所需的软式干电极成型机。本研究成功自制高活物承载率(31.81 mg/cm2)、可挠曲、厚度可调等特性之软式电极片制作。经软式电极所组成之对称式超级电容具备优异循环稳定(平均容量保持率：75 %@ 5 mA @)15,000圈)与高可逆性(库伦效率：>99 %)。
关键字：软式干电极、超级电容器、高活物涂佈量

前言

具高功率特性之超级电容因其工作原理为电荷于活性物质表层之物理式吸/脱附行为，为了满足此需求，选用具高比表面积之活性碳作为超级电容之电极材料已是主要趋势。然而高比表面积粉材于混浆时需耗用大量溶剂且不易涂布具高活物承载率之极片，使得超级电容储电量受限。本计画开发干法软式电极作为取代传统湿式涂佈；并利用干电极技术无须大量有机溶剂来分散浆料与具低耗能量生产以提供绿色环保的储电元件所需电极制程为此计画之主要目的。

结果与讨论

本研究以电池组CR2032的零件，以高比表面积活性碳材作为双极活物片。组装步骤:先将工作电极放置于下盖中心，放上商用三层式隔离膜、干净裁好的负极片、弹簧片及上盖。最后，用封装机压合数次以确保密闭性，即可完成钮扣型半电池。如图1所示。

图1.具软式干电极钮扣电池的组装示意图与实品图

图2.软式活性碳干电极实体图(尺寸: 9 cm * 9 cm * 325μm)

进一步针对软式储能干电极密着性，由圆桿挠曲量测方式进行验证，将制作完成的活物极片裁成条状，以活物涂佈层朝上的方式分别贴合于直径5 mm、直径7 mm与直径10 mm等不同测试规格圆桿，实测结果无破损、龟裂、剥离等现象。(见图4)

图4、圆桿挠曲测试示意图

图5.对称式超级电容在定电流 5mA 下进行 1.5万次循环的稳定性

结论

本研究成功地结合物理混掺、机械压延、干燥流程与搭配佑顺 发机械公司的干式电极成型机所试制生产的电极片，即完成具高活物担载率(31.81 mg/cm2)。该软式电极所组成之对称式钮扣型超级电容展现优异循环稳定(平均容量保持率：75 %@ 5 mA @)15,000圈)及可逆性(库伦效率：>99%)。进一步协助国内电池设备业者开发绿色环保且低溶剂、低耗能的干法电极成型机。