本發(fā)明屬于電化學(xué)，具體涉及一種電化學(xué)集流體及其制備方法、應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、集流體是超級(jí)電容器中用于傳導(dǎo)電流的關(guān)鍵部件，如果集流體與活性物質(zhì)之間的附著力差，會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)容易脫落，進(jìn)而造成超級(jí)電容器內(nèi)阻增大，電流傳導(dǎo)不均勻，最終導(dǎo)致超級(jí)電容器性能不穩(wěn)定。而且隨著充放電次數(shù)的增加，附著力差的集流體上的活性物質(zhì)脫落會(huì)更加嚴(yán)重，這會(huì)減少超級(jí)電容器的有效反應(yīng)面積，導(dǎo)致超級(jí)電容器容量衰減加快，從而縮短超級(jí)電容器的使用壽命。因此，集流體表面性能對(duì)超級(jí)電容器的生產(chǎn)及性能有較大的影響。
2、集流體孔洞與漿料的良好結(jié)合是提升超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素之一。合理的集流體孔洞結(jié)構(gòu)可以促進(jìn)漿料中的活性物質(zhì)均勻沉積，增強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)面積，從而提高超級(jí)電容器的容量和循環(huán)穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)中，集流體由于制備技術(shù)的缺陷，容易造成兩面結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、兩面涂層接觸電阻不對(duì)稱，進(jìn)而使兩面電極容量不能均勻釋放的情況；同時(shí)，兩面不對(duì)稱也會(huì)引發(fā)涂層粘結(jié)強(qiáng)度不一致，使得兩面充放電循環(huán)壽命嚴(yán)重失衡，進(jìn)而加快超級(jí)電容器容量的衰減。再加上，鋁箔基本都是由厚度較大的鋁錠軋制而成，在軋制過程中需要控制鋁錠與軋輥的接觸，所以一般都會(huì)對(duì)鋁箔表面進(jìn)行添加潤(rùn)滑劑，來保護(hù)鋁錠和軋輥，因此表面的潤(rùn)滑劑也會(huì)對(duì)超級(jí)電容器有一定的影響，需要對(duì)鋁箔的表面進(jìn)行除潤(rùn)滑劑處理。
3、綜上，研究一種可有效提高與活性物質(zhì)之間附著力、降低超級(jí)電容器內(nèi)阻，提高能量傳輸效率和超級(jí)電容器性能穩(wěn)定性的技術(shù)，對(duì)于延長(zhǎng)超級(jí)電容器的使用壽命和促進(jìn)超級(jí)電容器行業(yè)的發(fā)展而言，具有深遠(yuǎn)的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決上述問題，本技術(shù)的第一方面的發(fā)明目的，在于提供電化學(xué)集流體制備方法，首先，利用弱酸除油溶液和防過度除油鈍化液來對(duì)鋁箔進(jìn)行除油處理，提高鋁箔各處表面能的均勻性；然后，通過多層次的電化學(xué)刻蝕孔洞，可使不同工藝的漿料配方均能有效得填充至刻蝕孔洞中，形成穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)，確保電子和離子的高效傳輸。再加之，后期工藝使得電化學(xué)集流體表面形成膜保護(hù)層，使電化學(xué)集流體在各種惡劣環(huán)境下都能保持穩(wěn)定，這種精細(xì)的界面調(diào)控可為高性能超級(jí)電容器的開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2、本技術(shù)的第二方面的發(fā)明目的，在于提供利用上述電化學(xué)集流體制備方法制備而成的電化學(xué)集流體，可有效提高與活性物質(zhì)之間的附著力、降低超級(jí)電容器內(nèi)阻，提高能量傳輸效率和超級(jí)電容器性能穩(wěn)定性，進(jìn)而有效的延長(zhǎng)超級(jí)電容器的使用壽命。
3、本技術(shù)的第三方面的發(fā)明目的，在于提供電化學(xué)集流體及其制備方法的應(yīng)用。
4、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
5、本發(fā)明中電化學(xué)集流體制備方法，包括以下步驟：
6、前處理，利用弱酸除油溶液和防過度除油鈍化液對(duì)鋁箔進(jìn)行前處理；
7、布孔，利用多次電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕交替進(jìn)行，對(duì)前處理后的鋁箔進(jìn)行腐蝕布孔；
8、后處理，利用硫酸鋅溶液和含磷鹽溶液對(duì)腐蝕布孔后的鋁箔進(jìn)行初次后處理后，再利用含氨鹽溶液對(duì)初次后處理后的鋁箔進(jìn)行加電后處理，形成氧化保護(hù)膜；其中，
9、所述布孔步驟中，包括以下步驟：
10、初級(jí)電化學(xué)腐蝕，利用氯離子侵蝕液對(duì)經(jīng)前處理后的鋁箔進(jìn)行電化學(xué)腐蝕處理；
11、初級(jí)化學(xué)腐蝕，利用磷酸溶液，對(duì)經(jīng)初級(jí)電化學(xué)腐蝕處理后的鋁箔進(jìn)行化學(xué)腐蝕處理；
12、二級(jí)電化學(xué)腐蝕，利用鹽酸溶液與硫酸鋅溶液的混合液，對(duì)經(jīng)初級(jí)電化學(xué)腐蝕和初級(jí)化學(xué)腐蝕后的鋁箔，進(jìn)行再次電化學(xué)腐蝕處理；
13、二級(jí)化學(xué)腐蝕，利用磷酸溶液，對(duì)再次電化學(xué)腐蝕處理后的鋁箔，進(jìn)行再次化學(xué)腐蝕處理。
14、三級(jí)電化學(xué)腐蝕，利用含氯刻蝕液對(duì)經(jīng)兩次電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕交替處理后的鋁箔，進(jìn)行電化學(xué)腐蝕處理。
15、進(jìn)一步地，所述初級(jí)電化學(xué)腐蝕步驟中，所述氯離子侵蝕液由1mol/l-6?mol/l的鹽酸溶液和0.1mol/l-1?mol/l的磷酸溶液以1:1的比例混合而成，溶液溫度為35℃-45℃；腐蝕的電流為0.1?a/cm2-1a/cm2，頻率為45?hz?-70hz；腐蝕的時(shí)間為5s?-12s。
16、進(jìn)一步地，所述初級(jí)化學(xué)腐蝕和所述二級(jí)化學(xué)腐蝕步驟中，所述磷酸溶液為質(zhì)量百分濃度0.1%-3%的磷酸溶液，溶液溫度為35℃-55℃，腐蝕的時(shí)間為20s?-60s。
17、進(jìn)一步地，所述二級(jí)電化學(xué)腐蝕步驟中，所述混合液由0.1mol/l-2mol/l的鹽酸溶液和0.1mol/l-1?mol/l的硫酸鋅溶液以1:1的比例混合而成，溶液溫度為25℃-35℃；腐蝕的電流為0.1?a/cm2-0.5a/cm2，頻率為25?hz?-45hz；腐蝕的時(shí)間為5s-15s。
18、進(jìn)一步地，所述三級(jí)電化學(xué)腐蝕步驟中，所述含氯刻蝕液為0.1mol/l-1mol/l的含氯刻蝕液，由鹽酸溶液、氯化鉀溶液、四氯化鈦溶液、三氯化鈦溶液或氯化銨溶液的一種或幾種混合而成；溶液的溫度為35℃-55℃；腐蝕的電流為0.05?a/cm2-0.2a/cm2，頻率為15?hz-35hz，腐蝕的時(shí)間為5s-20s。
19、進(jìn)一步地，所述后處理步驟中，所述硫酸鋅溶液為質(zhì)量百分濃度0.1%-1%的硫酸鋅溶液，溶液溫度為35℃-65℃，后處理的時(shí)間為20s?-65s。
20、進(jìn)一步地，所述后處理步驟中，所述含磷鹽溶液為質(zhì)量百分濃度0.1%-3%的含磷鹽溶液，由磷酸二氫銨溶液、磷酸氫二銨溶液、磷酸三鈉溶液中的一種或兩種混合而成，溶液的溫度為35℃-70℃；后處理的時(shí)間為20s?-65s。
21、進(jìn)一步地，所述后處理步驟中，所述含氨鹽溶液為質(zhì)量百分濃度0.1%-3%的含氨鹽溶液，由已二酸銨溶液、磷酸氫二銨溶液、磷酸二氫銨溶液中的一種或多種混合而成，溶液的溫度為30℃-55℃；后處理的電流為2a，電壓為0.2v，后處理的時(shí)間為5s-15s。
22、進(jìn)一步地，所述前處理步驟中，所述弱酸除油溶液由質(zhì)量百分濃度為0.1%-3%的檸檬酸溶液與質(zhì)量百分濃度為0.1%-3%的草酸溶液以1:1的比例混合而成，溶液溫度為35℃-55℃。
23、進(jìn)一步地，所述前處理步驟中，所述防過度除油鈍化液由磷酸二氫銨溶液、磷酸二氫鈉溶液、磷酸氫二鈉溶液、磷酸三鈉溶液中的一種或幾種混合而成，含磷鹽的質(zhì)量百分濃度為0.1%-3%，溶液溫度為50℃-70℃。
24、進(jìn)一步地，所述的電化學(xué)集流體制備方法，還包括以下步驟：
25、清洗，利用多級(jí)水槽，對(duì)后處理完成的鋁箔進(jìn)行清洗；
26、烘干，對(duì)清洗后的鋁箔進(jìn)行多級(jí)烘干，烘干溫度為80℃-350℃；
27、其中，所述烘干步驟中，包括以下步驟：
28、一級(jí)烘干，利用80℃-200℃的烘干溫度，對(duì)清洗后的鋁箔進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為1min-3min；
29、二級(jí)烘干，利用200℃-350℃的烘干溫度，對(duì)經(jīng)一次烘干后的鋁箔進(jìn)行再次烘干，烘干時(shí)間為2min-3min?；
30、三級(jí)烘干，利用80℃-200℃的烘干溫度，對(duì)經(jīng)二次烘干后的鋁箔進(jìn)行再次烘干，烘干時(shí)間為2min-3min?。
31、本發(fā)明中的電化學(xué)集流體，利用上述的電化學(xué)集流體制備方法對(duì)鋁箔進(jìn)行加工制備而成，且鋁箔的厚度為18μm?-30μm。
32、本發(fā)明中利用所述的電化學(xué)集流體制備方法對(duì)厚度為18μm?-30μm的鋁箔進(jìn)行加工制備而成的電化學(xué)集流體在超級(jí)電容器中的應(yīng)用。
33、基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果：
34、1、本發(fā)明提供的電化學(xué)集流體制備方法，首先，利用弱酸除油溶液和防過度除油鈍化液來對(duì)鋁箔進(jìn)行除油處理，提高鋁箔各處表面能的均勻性；隨后，采用多次電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕交替進(jìn)行的方式來對(duì)鋁箔進(jìn)行腐蝕布孔，以使得鋁箔表面的孔洞更小、更細(xì)碎，且孔洞層有更多的鉚釘結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使不同工藝的漿料配方均能有效填充至刻蝕孔洞中，形成穩(wěn)定的電極結(jié)構(gòu)，確保電子和離子的高效傳輸；隨后，先利用硫酸鋅溶液和含磷鹽溶液對(duì)布孔后的鋁箔進(jìn)行后處理，再利用含氨鹽溶液對(duì)經(jīng)初步后處理的鋁箔進(jìn)行加電后處理，以使得電化學(xué)集流體表面形成膜保護(hù)層，在各種惡劣環(huán)境下都能保持穩(wěn)定，這種精細(xì)的界面調(diào)控可為高性能超級(jí)電容器的開發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
35、2、本發(fā)明提供的電化學(xué)集流體，表面的孔洞結(jié)構(gòu)，能使?jié){料快速地流入其中且極難剝離出來，提高與活性物質(zhì)之間的附著力、降低超級(jí)電容器內(nèi)阻，從而提高能量傳輸效率和超級(jí)電容器性能穩(wěn)定性，進(jìn)而有效的延長(zhǎng)超級(jí)電容器的使用壽命。而且電化學(xué)集流體具有出色的耐腐蝕性能，可在各種惡劣環(huán)境下都能保持穩(wěn)定，優(yōu)化超級(jí)電容器界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而進(jìn)一步提升超級(jí)電容器性能，延長(zhǎng)超級(jí)電容器使用壽命。
36、3、本發(fā)明提供的電化學(xué)集流體及其制備方法所制得的電化學(xué)集流體，可應(yīng)用于超級(jí)電容器中，以提高超級(jí)電容器的內(nèi)阻，提高能量傳輸效率和性能穩(wěn)定性，延長(zhǎng)超級(jí)電容器的使用壽命。