[發(fā)明專利]一種金屬材料表面耐腐蝕涂層的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113106515B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛焱;陶明生;呂云蕾;黃杰;周立波;陳薦;任延杰
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: C25D9/02
• 分類號: C25D9/02;H01M4/66;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張換君

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料表面耐腐蝕涂層的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，采用循環(huán)伏安法在金屬材料表面電沉積聚吡咯制備聚吡咯涂層，然后進(jìn)一步電沉積聚苯胺，在金屬表面形成聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層；通過循環(huán)伏安法在金屬材料表面制備聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層，并將其用以鋰離子電池負(fù)極集流體，可克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池負(fù)極集流體在使用過程中發(fā)生腐蝕導(dǎo)致集流體與電極材料分離，從而破壞鋰離子電池的使用壽命和循環(huán)性能的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料表面耐腐蝕涂層的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對鋰電池的儲能密度、放電功率、安全性等要求也越來越高，諸如目前正在快速發(fā)展的電動汽車和電站儲能等領(lǐng)域。隨著人類社會的發(fā)展，溫室效應(yīng)、霧霾和酸雨等現(xiàn)象的危害越來越嚴(yán)重，因此人類對鋰離子電池各方面的要求也越來越高。高性能的鋰離子電池因其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)被列為首要研究對象之一。鋰離子電池的四個主要組成部分分別是正極、負(fù)極、電解液和隔膜。而常規(guī)鋰離子電池的負(fù)極由石墨、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體四部分組成，將前三種材料涂覆于集流體上，經(jīng)過一系列工藝后制成電極。然而，隨著鋰離子電池使用時間的延長，集流體在電解液中會逐漸發(fā)生腐蝕反應(yīng)，生成的腐蝕產(chǎn)物可能會導(dǎo)致集流體與電極材料分離，從而破壞鋰離子電池的使用壽命和循環(huán)性能。

當(dāng)今的導(dǎo)電聚合物主要是聚吡咯，聚苯胺和聚噻吩的衍生物。其中聚吡咯作為高分子導(dǎo)電聚合物，具有高導(dǎo)電性、高穩(wěn)定性并且易于合成等優(yōu)點，在金屬和合金材料的腐蝕防護(hù)、電化學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用前景。聚吡咯一般通過電化學(xué)聚合法和化學(xué)聚合法兩種方法制備，自被發(fā)現(xiàn)的二十多年來，因其物理屏蔽和表面鈍化作用，已被應(yīng)用于多種金屬(如鋼、鐵、鋁、銅)的防腐。但是，目前對鋰離子電池集電器的腐蝕性能的研究主要集中在正極集電器上，關(guān)于鋰離子電池負(fù)極集電器的耐腐蝕性的研究很少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種金屬材料表面耐腐蝕涂層的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，通過循環(huán)伏安法在金屬材料表面制備聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層，并將其用于鋰離子電池負(fù)極集流體，可克服現(xiàn)有技術(shù)中鋰離子電池負(fù)極集流體在使用過程中發(fā)生腐蝕導(dǎo)致集流體與電極材料分離，從而破壞鋰離子電池的使用壽命和循環(huán)性能的技術(shù)問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一，一種金屬材料表面耐腐蝕涂層的制備方法，采用循環(huán)伏安法在金屬材料表面電沉積聚吡咯制備聚吡咯涂層，然后進(jìn)一步電沉積聚苯胺，在金屬表面形成聚吡咯/聚苯胺復(fù)合涂層。

進(jìn)一步地，所述金屬材料為銅或鋁。

進(jìn)一步地，所述金屬材料在電沉積聚吡咯前用砂紙打磨金屬材料表面至600～800#。

進(jìn)一步地，所述采用循環(huán)伏安法在金屬材料表面電沉積聚吡咯具體包括：

以金屬材料為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，銅片為輔助電極；

以吡咯單體和草酸的混合溶液為電解液，其中吡咯濃度0.2-0.4mol/L，電解液中吡咯和草酸摩爾比為1︰1.4～1.6；

工作溫度為室溫環(huán)境下，掃描電位區(qū)間為-0.2～1.05V_SCE，掃描速率為0.02～0.03V/s，循環(huán)次數(shù)為10次。

進(jìn)一步地，所述沉積聚苯胺具體包括：

以聚吡咯涂層金屬材料為工作電極，銀/氯化銀電極為參比電極，銅片為輔助電極；

以苯胺和草酸鈉混合溶液為電解溶液為電解液，其中苯胺濃度0.2-0.5mol/L，電解液中苯胺和草酸鈉的摩爾比為1︰1.2～1.4；

工作溫度為室溫環(huán)境下，掃描電位區(qū)間為-0.4～1.6V_VS，掃描速率為0.02～0.03V/s，循環(huán)次數(shù)為10次。