[發明專利]鋁或鋁/銅或鋁/鎳空心絲宏觀體及其制造系統與方法

有效

• 申請號: 201810220920.2
• 申請日: 2018-03-16
• 公開（公告）號: CN108441821B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 騫偉中;薛濟萍;楊周飛;尤偉任;董卓婭;金鷹;顧孫望
• 申請（專利權）人: 江蘇中天科技股份有限公司;上海中天鋁線有限公司;清華大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/20;C23C14/24;C23C14/34;C23C14/58
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

本發明公開了一種鋁或鋁/銅或鋁/鎳空心絲宏觀體及其制造系統與方法，該宏觀體為為鋁、鋁/銅或鋁/鎳空心絲相連接形成的三維全通孔結構；該宏觀體為全鋁結構或，內層為銅或鎳空心絲，外層為致密鋁層的結構，孔隙率達80?99％；空心孔被封閉，不與外界相通；本發明還公開了制備該宏觀體的系統，包括在多孔聚合物薄膜上濺射金屬的子系統、去除聚合物薄膜并原位還原金屬、鋁的氣相沉積子系統以及氣體凈化子系統；同時還公開了其制備方法；該宏觀體具有孔隙率大，強度高，化學穩定性好，制備成本低等優點。

技術領域

本發明屬于電化學儲能與金屬加工技術領域，特別涉及一種電化學儲能系統所用的多孔鋁或鋁與其他金屬的復合體及制造系統與方法。

背景技術

目前各類二次電池超級電容器是國際上清潔電化學儲能的熱點研究領域與具有大的應用市場，這些儲能系統的共同結構特性是，具有活性材料，具有正負極及隔膜，具有集流體。傳統的加工方法，常以無孔、平整與機械強度好，導電性好的金屬箔(如鋁箔、銅箔)作為集流體(收集電流)。并且為了盡可能增加活性材料在器件中的質量份額，常將活性材料與粘接劑等通過混漿、輥壓的方式，固定在宏觀體表面。該方法已經實現了大工業化。

然而，由于粘接劑的存在，使得儲能系統的電化學窗口下降，且其分解使得器件安全性變差。但如果不用粘接劑，活性材料無法與金屬箔(如鋁箔、銅箔)良好固定，從而導致器件失效。將金屬箔變為多孔泡沫結構，可以在其孔隙內填充活性材料，從而可以不用粘接劑，從而形成一種全新儲能結構單元。

鑒于鋁集流體的重要性，前人提出了多種多孔鋁宏觀體的制備方法，包括利用聚氨酯模板進行電鍍或物理濺射。去除模板后，這些多孔空心鋁宏觀體空隙率可達97％，導電性好且質量輕。然而，電化學鍍鋁法使用含鋁離子液體等昂貴試劑，且要求系統中不含任何水份，以避免離子液體分解，形成各類強腐蝕性物質及酸霧，且使得原料及系統的除水成本上升。單純的物理濺射法，克服了電化學鍍鋁的缺點，但其設備體積有限，不能夠實現大面積樣品的同時濺射，同時鋁沉積速度過于緩慢。另外，工業上有高溫物理蒸汽鋁的方法，但高溫鋁蒸氣會直接導致多孔聚氨酯薄膜熔化，得不到合格樣品。同時，多孔鋁與多孔鎳、多孔銅相比，機械強度不夠，導致了連續加工的性能變差，顯著降低了大工業生產的效率，使制造成本提高。

發明內容

鑒于已有方法的不足，本發明提供一種鋁或鋁/銅或鋁/鎳空心絲宏觀體及其制造系統與方法，保證優異的強度與優良的電化學穩定性，且實現低成本制備。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋁或鋁/銅或鋁/鎳空心絲宏觀體，所述的宏觀體為鋁、鋁/銅或鋁/鎳空心絲相連接形成的三維全通孔結構；該宏觀體為全鋁結構或，內層為銅或鎳空心絲，外層為致密鋁層的結構，孔隙率達80-99％；空心孔被封閉，不與外界相通。

制備所述的宏觀體的制造系統，該系統包括依次連接的濺射金屬的子系統1、去除聚合物薄膜并原位還原金屬的子系統2和鋁的氣相沉積子系統3，還包括氣體凈化子系統4，濺射金屬的子系統1的氣體出口與氣體凈化子系統4相連，去除聚合物薄膜并原位還原金屬的子系統2的氣體出口分別與鋁的氣相沉積子系統3與氣體凈化子系統4相連，氣體凈化子系統4的氣體出口與鋁的氣相沉積子系統3相連；

所述濺射金屬的子系統1具有氬氣入口與氬氣出口，氬氣出口含金屬的氬氣進入氣體凈化子系統4進行凈化后，氬氣通入鋁的氣相沉積子系統3中，用作沉積鋁的載氣；

所述去除聚合物薄膜并原位還原金屬的子系統2具有含氧氣體的入口、氫氣入口、燃燒尾氣出口以及氫氣出口；燃燒尾氣出去除聚合物薄膜并原位還原金屬的子系統2后，進入鋁的氣相沉積子系統3，用作高溫熔化鋁的燃燒介質。氫氣出去除聚合物薄膜并原位還原金屬的子系統2后，進入氣體凈化子系統4，凈化后循環使用；