[發明專利]一種靜電激光吸附石墨烯技術制備涂碳鋁箔裝置及方法

有效

• 申請號: 201710317287.4
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107039123B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 彭興東;滕瑩雪;郭菁;喬雪;邊迪;李賀然;張闊
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/13;H01M4/133;H01B13/00;H01B1/02;H01B1/04;B82Y30/00
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明涉及表面處理及薄膜制備技術領域，尤其涉及一種靜電激光吸附石墨烯技術制備涂碳鋁箔裝置及方法。包括傳輸裝置、清潔烘干裝置、檢測單元、激光單元、涂覆單元、計算機、機體；清潔烘干裝置、檢測單元、激光單元、涂覆單元依次安裝于機體上，計算機通過電纜連接并控制傳輸裝置、清潔烘干裝置、檢測單元、激光單元、涂覆單元。本發明將石墨烯與碳粉混合均勻，利用靜電原理在鋁箔表面噴涂上一層碳粉，通過對涂碳過程的精確控制提高了生產效率，降低了生產成本，保證鋁箔表面的碳層分布均勻致密，碳粉厚度均勻一致，使涂碳層與鋁箔基體結合更緊密，從而得到導電良好、強度韌性好、容量大的涂碳鋁箔材料。

技術領域

本發明涉及表面處理及薄膜制備技術領域，尤其涉及一種靜電激光吸附石墨烯技術制備涂碳鋁箔裝置及方法。

背景技術

眾所周知，由鑄造鋁錠經過壓延能夠得到性能優良的鋁箔產品，其用途根據使用環境、人類需求及特殊要求等廣泛應用于食品、飲料、香煙、藥品、照相底板、家庭日用品等不同領域，是人類生活中不可缺少的材料之一。特別是在電池、電容器領域，由高純鋁加工得到的光箔在經過腐蝕化成或表面涂層后得到性能優良的正負極材料，應用極為普遍。

電極箔作為電池、電解電容器的主要正負極材料已經普及產業化，目前向著高容量、大存儲的方向發展，而影響其性能的關鍵因素是經過腐蝕的表面空洞數量和深度，考慮到流經鋁箔的電流大小不同可能造成穿孔短路等現象，一直制約著電極箔的發展。應用于電池及電容器的涂碳鋁箔，目前成為行業的熱點開發材料，其制備方法和工藝也在不斷的改進和創新，傳統的涂碳鋁箔制備工藝主要有以下幾個主要步驟：首先，采用高純鋁經過軋制、退火、表面處理等得到不同厚度要求的光箔；其次，通過涂覆工藝得到涂碳鋁箔；最后再經過后處理得到滿足技術要求的產品。

涂碳鋁箔近年來發展迅速，利用功能涂層對電池導電基材進行表面處理是一項突破性的技術創新，涂碳鋁箔就是將分散好的C顆粒、石墨等導電性能良好的納米顆粒通過涂覆工藝，均勻地涂覆或粘附在基體表面，提供較好的靜態導電性能的同時聚集有效物質顆粒產生的微電流，大幅降低接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結劑的使用量，進而使電池的整體性能產生顯著的提升。業內關于涂碳鋁箔的相關產品正在逐漸發展創新，如山東精工電子科技有限公司公開了一種倍率循環改善型磷酸鐵鋰電池及其制備方法(申請號：CN104577012A)，采用涂碳箔，可以大幅度降低正負極材料與集流體之間的接觸內阻，提高兩者之間的粘附力，有效地提高材料的倍率放電性能。北理工鄧龍征等人針對涂碳鋁箔的性能進行了分析，發現與使用普通鋁箔作為集流體相比，通過使用涂碳鋁箔可以使得電池的內阻降低65％左右， 容量提高約15％左右，10C放電倍率下,平臺增加 0.3～0.4V，使用涂碳鋁箔電芯的常溫自放電率、容量恢復率也較高，但在電池低溫性能方面，使用涂碳鋁箔對低溫性能并無改善。

針對涂碳鋁箔的缺點，如導電性還不夠好、材料強度不夠高以及低溫下涂碳鋁箔的性能不穩定或性能指標無明顯改善等問題，近年來新的涂覆材料孕育而生，具有二維晶體結構特征的石墨烯，因具有良好的導電性、低電阻率、高強度和韌性等眾多優點而成為研究的熱點和焦點。隨著批量化生產以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產業化應用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實現商業化應用的領域可能會是移動設備、航空航天、新能源電池領域。

近年，美國加州大學洛杉磯分校的研究人員就開發出一種以石墨烯為基礎的微型超級電容器，該電容器不僅外形小巧，而且充電速度為普通電池的1000倍，可以在數秒內為手機甚至汽車充電，同時可用于制造體積較小的器件。微型石墨烯超級電容技術突破可以說是給電池帶來了革命性發展。當前主要制造微型電容器的方法是平板印刷技術，需要投入大量的人力和成本，阻礙了產品的商業應用。

目前涂碳鋁箔普遍使用傳統的涂覆工藝及網格涂覆法，如何將石墨烯以涂層的形式與基體相結合并使復合材料具有優良的性能也是當年今研究的焦點與技術難題，盡管美國等開發的石墨烯電容器已具雛形，但離產業化還較遠，且未具體詳盡說明或公開石墨烯涂覆的相關技術。

發明內容