[發(fā)明專利]一種高性能鋁/碳復合電極箔及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110309347.0
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102426924A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 李薦;黃祖瓊;陳衛(wèi)東;姚建軍;楊振江
• 申請（專利權）人: 李薦;姚建軍
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/045;H01M4/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種鋁/碳復合電極箔及其制備方法。具體而言，本發(fā)明涉及可作為鋁電解電容器、超級電容器、鋰離子電池等器件所用的電極材料或電極集電體材料的一種鋁/碳復合電極箔的制造方法，屬于能源材料領域。

背景技術

常用儲能器件如電容器、電池為了保證其使用性能都具有高容量、低內(nèi)阻的性能要求，以獲得更大的能量儲量和輸出效率。儲能器件如電容器（電池）的主要構造是陽極/介電材料（電解質(zhì)）/陰極/集電極。電極材料對儲能器件的容量、內(nèi)阻具有極其重大的影響。要使儲能器件得到高容量，電極材料必須具有較大的表面積。同時電極材料的電阻是儲能器件的等效串聯(lián)電阻（ESR）的重要構成部分。

鋁電解電容器的陽極材料是表面生成絕緣氧化鋁的化成鋁箔，陰極是電解液、無機半導體、導電高分子，與陰極連接的集電極多使用擴大了面積的鋁箔，稱為電極箔。傳統(tǒng)的擴大電極箔表面積的方法是對鋁箔進行腐蝕。但是腐蝕會降低電極箔的強度，在保證一定的機械強度下腐蝕法提高容量的程度有限，此外，腐蝕法對鋁箔的雜質(zhì)含量有特殊要求，因而對其生產(chǎn)加工有特殊限制。基于腐蝕法擴大容量的這些不足，近年開發(fā)了在鋁箔表面涂覆含碳材料提高容量的方法。雙電層電容器的極化電極是將含碳活性物質(zhì)包覆在鋁箔集電極表面制成。鋰離子電池常用的負極材料石墨一般負載在箔材上基體上構成電極。以上的應用均要求涂碳鋁箔具有低內(nèi)阻和高比表面積。同時為滿足制作工藝及穩(wěn)定性要求，涂碳鋁箔還應具有較高的密接性，以防止碳層從電極上剝落。

???作為在鋁箔基體上施加碳層的方法，日本東洋鋁株式會社的呂明哲、足高善也等在專利CN101027736A、和CN1777965A中提出一種包含鋁箔、含碳層以及二者之間形成的鋁/碳化合物作為媒介物的電極構件，特征制備方法是將含碳物質(zhì)通過粘接劑、水、溶劑等手段涂覆在鋁箔基體上，干燥后在含烴物質(zhì)的密閉空間進行熱處理生成鋁/碳化物媒介提高鋁基體和碳層的密接性，并降低內(nèi)阻，但該方法加熱步驟中必須使用可燃易爆的烴類物質(zhì)，烴類物質(zhì)資源有限，價格高昂，生產(chǎn)過程中的安全控制要求高，對設備及廠房都有特殊的防爆要求，大大增加了生產(chǎn)成本。

???潘應君在申請專利CN?101923961?A中提出將導電炭黑、分散劑、有機粘接劑?混合后加入溶劑攪拌均勻制成漿料涂覆在經(jīng)過NaOH溶液預處理的鋁箔表面，然后放入真空爐，在真空度10-4~10-1Pa、溫度300-660℃條件下熱處理1-40h，自然冷卻到室溫制成鋁碳復合箔。該法克服了東洋鋁公司使用易燃易爆氣氛的限制，且取得了較高的容量，但是該法以炭黑為導電劑，由于炭黑的導電性能比石墨差，因此其產(chǎn)品的電阻較高；并且其工藝需要對鋁箔進行預處理，工藝流程復雜，且熱處理后需要在真空爐內(nèi)自然冷卻至室溫，耗時過長，大大降低了生產(chǎn)效率。

????近藤敬一、島本秀樹在專利CN?1910711?B?中通過將碳施加在鋁箔上并加熱到合金化溫度以上來形成低內(nèi)阻鋁碳電極，其中包括以下步驟：1、將所用鋁箔進行等離子預處理；2、涂在鋁箔上覆氟化鋁層；3、通過真空沉積、濺鍍和化學氣相沉積法將碳施加在鋁箔上；4、加熱涂覆了碳層的鋁碳極片到鋁、碳合金化溫度以上形成電極。但該法要用到等離子預處理、真空沉積、濺鍍和化學氣相沉積等高能處理手段，設備昂貴、工藝控制過程復雜，成本極高。

???Seiji?Nonaka,??Ibaraki-shi??等在美國專利US?2002/0080558?A1中采用壓入和涂層結合的方法制作電容器的電極材料，具體做法如下：1）用爆破或刻蝕的方法使鋁箔表面粗化；2）將碳粒子均勻涂于鋁箔表面，或通過溶入揮發(fā)性溶劑（如水、甲醇）中充分分散后涂于鋁箔表面后干燥的方法來均布，活性炭粒子和鋁箔的重量比約為1：2，然后通過滾壓機垂直于鋁箔表面施力，將碳粒子壓入鋁箔內(nèi)制成含碳鋁箔；3）再次對鋁箔施以刻蝕或爆破的方法使碳粒子部分暴露于表面；4）用活性碳和粘結劑纖維素，輔以適當?shù)膿]發(fā)性溶劑（如水和甲醇）制成漿料浸漬或涂于鋁箔表面，低溫干燥后加熱，形成一活性碳層。但此法工序復雜繁多，難以控制，通過碳粒子和碳層的鍵合形成的粘接強度有限，且最后的活性炭層的涂覆使用粘接劑纖維素會大大增加電極材料的內(nèi)阻。

日本專利特開2000-164466號公報中揭示了一種在鋁箔基體上設置碳的中間膜或貴金屬中間膜，再涂覆碳等活性物質(zhì)層的方法，但此法的碳中間膜或貴金屬中間層通過濺射、氣相沉積等高能方法形成，控制復雜，成本高昂且生產(chǎn)效率較低。