一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法，包括以下步驟：（1）配置電解液，在電解液中固定對(duì)電極；（2）將柔性集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞并浸入所述電解液中，與所述對(duì)電極平行相對(duì)；（3）加熱所述電解液，對(duì)所述柔性集流體通電，通以0.01～100A/dm2的電流密度或者1.0～20V的電壓，并控制所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行電化學(xué)沉積；（4）將電化學(xué)沉積后從所述電解液中帶出的集流體從所述轉(zhuǎn)軸上卸下，干燥所述集流體后制得電極材料。本發(fā)明的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，將卷對(duì)卷的制作工藝與電化學(xué)沉積過(guò)程相結(jié)合，由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)柔性集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)，在動(dòng)態(tài)的過(guò)程中進(jìn)行電化學(xué)沉積反應(yīng)，從而能夠連續(xù)高效地生產(chǎn)電極材料。
【專利說(shuō)明】一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及電極材料的制備方法，特別是涉及一種利用卷對(duì)卷工藝制作電極材料的方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電極材料廣泛應(yīng)用于電容器，電池中。電極材料按照屬性可以分為碳材料、金屬氧化物、高分子聚合物。制作電極材料時(shí)，一般通過(guò)電化學(xué)沉積反應(yīng)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的制作方法中，多通過(guò)對(duì)電解液進(jìn)行改進(jìn)，或者對(duì)反應(yīng)原材料進(jìn)行改進(jìn)，從而得到性能提升的電極材料。而現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)電化學(xué)沉積反應(yīng)的制備過(guò)程，僅限于教學(xué)科研研究，應(yīng)用于生產(chǎn)少量電極材料的情形，不適宜于產(chǎn)業(yè)化和大規(guī)模生產(chǎn)。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法，適宜于規(guī)?；a(chǎn)，提高生產(chǎn)電極材料的效率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下的技術(shù)方案予以解決: [0005]一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法，包括以下步驟:(I)配置電解液，在電解液中固定對(duì)電極；(2)將柔性集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞并浸入所述電解液中，與所述對(duì)電極平行相對(duì)；
(3)加熱所述電解液，對(duì)所述柔性集流體通電，通以0.01~ΙΟΟΑ/dm2的電流密度或者1.0~20V的電壓，并控制所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行電化學(xué)沉積；(4)將電化學(xué)沉積后從所述電解液中帶出的集流體從所述轉(zhuǎn)軸上卸下，干燥所述集流體后制得電極材料。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是:
[0007]本發(fā)明的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，將卷對(duì)卷的制作工藝與電化學(xué)沉積過(guò)程相結(jié)合，由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)柔性集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)，在動(dòng)態(tài)的過(guò)程中進(jìn)行電化學(xué)沉積反應(yīng)，從而利用卷對(duì)卷工藝簡(jiǎn)便高效的特點(diǎn)，規(guī)?；捎秒娀瘜W(xué)沉積反應(yīng)生產(chǎn)電極材料，能夠連續(xù)生產(chǎn)電極材料，適宜于規(guī)模化生產(chǎn)。相對(duì)于靜態(tài)的電化學(xué)沉積制作過(guò)程，可有效提高生產(chǎn)電極材料的效率。
【【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】】
[0008]圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中卷對(duì)卷制作電極材料的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)驗(yàn)I中制得的電極材料的掃描電子顯微鏡圖；
[0010]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)驗(yàn)I中制得的電極材料的透射電子顯微鏡圖；
[0011]圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)驗(yàn)2中制得的電極材料的掃描電子顯微鏡圖；
[0012]圖5是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)驗(yàn)2中制得的電極材料的透射電子顯微鏡圖；
[0013]圖6是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的實(shí)驗(yàn)3中制得的電極材料的掃描電子顯微鏡圖?！尽揪唧w實(shí)施方式】】
[0014]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]如圖1所示，為本【具體實(shí)施方式】中進(jìn)行卷對(duì)卷制作電極材料時(shí)涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。卷對(duì)卷制作電極材料的方法包括以下步驟:
[0016](I)配置電解液，在電解液中固定對(duì)電極2。
[0017]該步驟中，根據(jù)后續(xù)所要制備的電極材料的需要，配置電解液，并調(diào)節(jié)pH值。利用酸，例如 HCl、CH3COOH'H2CO3'H2C2O4、H3PO4X6H8O7 等，和堿，例如 NH3.H2O、NaOH、KOH、Ca (OH) 2、Ba(OH)2等，共同調(diào)節(jié)pH值，pH值的范圍為1.0~13.0。根據(jù)實(shí)際需要可以添加一些pH緩沖劑，例如 H3PO4' NaHCO3' K2HPO4' KH2PO4' KHCO3' H2CO3' C6H8O7 中的一種或幾種。電解液可為金屬鹽溶液或者金屬鹽溶液與導(dǎo)電高分子聚合物的混合溶液。其中，溶液中的陽(yáng)離子為:錳離子、鈷離子、釕離子、鎳離子、銀離子、銅離子、亞鐵離子等中的一種或者多種。溶液中的陰離子為:乙酸根、硝酸根、硫酸根、氯酸根、草酸根、碳酸根、甲酸根、氯離子、醋酸根、溴酸根、碘酸根、磷酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、苯磺酸根、三氟乙酸根、檸檬酸根中的一種或多種。導(dǎo)電聚合物的主要成分為:正、負(fù)離子摻雜的噻吩類聚合物，正、負(fù)離子摻雜的吡咯類聚合物，聚苯胺，以及聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)(PED0T:PSS)中的一種或多種。優(yōu)選地，配置的電解液經(jīng)過(guò)超聲處理，從而使電解液混合均勻。 [0018]此處，對(duì)電極2可以采用不銹鋼、銅、鐵、石墨、鋁、鋅、銀、金、鉬、導(dǎo)電聚合物材料以及含有上述成分的復(fù)合導(dǎo)電材料等。后續(xù)，如果柔性集流體在電化學(xué)沉積過(guò)程中作為工作陽(yáng)極，則對(duì)電極2即作為工作陰極；如果柔性集流體在電化學(xué)沉積過(guò)程中作為工作陰極，則對(duì)電極2即作為工作陽(yáng)極。
[0019](2)將柔性集流體I通過(guò)轉(zhuǎn)軸3卷繞并浸入電解液中，與對(duì)電極2平行相對(duì)。
[0020]該步驟中，柔性集流體I材料可以選用:不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼片、銅箔、鋁箔、柔性石墨片、柔性碳納米管紙、泡沫鎳、柔性導(dǎo)電高分子聚合物、表面鍍有ITO (氧化銦錫)的柔性材料等。優(yōu)選地，在卷繞柔性集流體I之前，還包括對(duì)柔性集流體I的表面進(jìn)行清潔除油處理，去除集流體I表面的有機(jī)官能團(tuán)。具體地，將柔性集流體I置于乙醇和丙酮按照體積比I: I配置的混合溶液中，超聲處理I~60分鐘，干燥。
[0021]浸入電解液中的柔性集流體I與對(duì)電極2的材料尺寸相當(dāng)，并且需要確保二者保持平行。優(yōu)選地，柔性集流體I與所述對(duì)電極2的距離d為0.1~50cm。將兩電極之間的距離維持在0.1~50cm的范圍內(nèi)，可確保后續(xù)電沉積過(guò)程中二者之間的電場(chǎng)分布均勻。
[0022]設(shè)置后柔性集流體I和對(duì)電極2之后，即進(jìn)入步驟(3)中的電沉積過(guò)程。
[0023](3)加熱電解液，對(duì)柔性集流體I通電，通以0.01~ΙΟΟΑ/dm2的電流密度或者
1.0~20V的電壓，并控制轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)柔性集流體I在電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行電化學(xué)沉積。
[0024]該步驟中，在柔性集流體I上通電時(shí)，如直接接收直流電壓時(shí)，則直流電壓的幅值為1.0~20V;如直接接收方波電壓時(shí)，則設(shè)置方波電壓的幅值為1.0~20V，頻率為500Hz ~20kHz,脈沖寬度為 500ns ~800 μ S。
[0025](4)將電化學(xué)沉積后從電解液中帶出的集流體I從轉(zhuǎn)軸3上卸下，干燥集流體I后制得電極材料。該步驟中的干燥過(guò)程可以在烘箱中進(jìn)行，干燥溫度為30-120°C。
[0026]如上所述步驟(1)至步驟(4)僅描述了電沉積的過(guò)程在一個(gè)電解槽內(nèi)完成的情形。本【具體實(shí)施方式】中的卷對(duì)卷的沉積方式適用于一個(gè)或者多個(gè)連續(xù)沉積的過(guò)程。一步完成的電化學(xué)沉積即可以直接通過(guò)一個(gè)電解槽來(lái)完成活性物質(zhì)的電化學(xué)沉積。如果是多步完成的電化學(xué)沉積，相應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)或者兩個(gè)以上的電解槽中完成即可。即從一個(gè)電解槽中卷繞帶出的柔性集流體再卷繞帶進(jìn)下一個(gè)電解槽中，進(jìn)行下一步的電化學(xué)沉積。
[0027]經(jīng)過(guò)上述步驟(1)至步驟(4)，由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)柔性集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)，在動(dòng)態(tài)的過(guò)程下進(jìn)行電化學(xué)沉積反應(yīng)，即實(shí)現(xiàn)了卷對(duì)卷工藝與電化學(xué)沉積過(guò)程相結(jié)合，從而利用卷對(duì)卷工藝簡(jiǎn)便高效的特點(diǎn)，規(guī)模化采用電化學(xué)沉積反應(yīng)生產(chǎn)電極材料，能夠連續(xù)生產(chǎn)電極材料，適宜于規(guī)?；a(chǎn)。相對(duì)于靜態(tài)的電化學(xué)沉積制作過(guò)程，可有效提高生產(chǎn)電極材料的效率。
[0028]上述步驟中實(shí)現(xiàn)了卷對(duì)卷工藝與電化學(xué)沉積過(guò)程相結(jié)合制備電極材料。制備過(guò)程中可通過(guò)控制電壓電流、優(yōu)化轉(zhuǎn)軸尺寸、電刷結(jié)構(gòu)、電刷與集流體接觸時(shí)的壓力大小以及兩電極之間的距離等參數(shù)對(duì)電化學(xué)沉積進(jìn)行控制，從而大規(guī)模高效地制備電極材料的同時(shí)，制得的電極材料的一致性也較好。具體地，優(yōu)選設(shè)置包括:
[0029]步驟(3)中準(zhǔn)備進(jìn)行電化學(xué)沉積時(shí)，對(duì)柔性集流體I通電，可以通過(guò)直接在轉(zhuǎn)軸3上通電來(lái)實(shí)現(xiàn)。還可以通過(guò)使集流體I與通電的電刷4接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，采用第二種方法，可使集流體I中電流分布均勻。當(dāng)采用第二種方式通電時(shí)，電刷4的大小為I~50cm，控制電刷4壓向柔性集流體I的壓力大小為50-1000Pa。通過(guò)控制電刷4的大小及其對(duì)集流體I的壓緊程度，可保證沉積過(guò)程中柔性集流體I中有穩(wěn)定的電流電壓，從而確保電沉積制得的電極材料表面結(jié)構(gòu)正常，且沉積厚度均勻一致。
[0030]進(jìn)一步地，通過(guò)控制步驟(2)中浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的尺寸和步驟(3)中電化學(xué)沉積過(guò)程中收放卷帶動(dòng)集流體I的速度以及電解液的溫度，可有效提高電極材料的一致性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的直徑、集流體運(yùn)動(dòng)的速度、電解液的溫度是影響電極材料一致性的關(guān)鍵因素。控制電解液的溫度，可確保電沉積過(guò)程反應(yīng)順利進(jìn)行?？刂平腚娊庖褐械霓D(zhuǎn)軸3’的直徑 為0.1~5cm，控制轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)集流體I運(yùn)動(dòng)的速度為0.1~lOcm/s，可穩(wěn)定電沉積過(guò)程中運(yùn)動(dòng)的柔性集流體I和固定的對(duì)電極2之間的距離，防止兩者在電沉積過(guò)程中彼此之間距離發(fā)生偏差，從而可在高效生產(chǎn)電極材料的過(guò)程中確保得到的電極材料的一致性。需說(shuō)明的是，集流體的運(yùn)動(dòng)速度與集流體浸入電解液中的長(zhǎng)度、需要沉積的時(shí)間綜合調(diào)整。例如，控制集流體帶動(dòng)的速度為0.2cm/s，而需要沉積的時(shí)間為5分鐘時(shí)，集流體浸入電解液中總長(zhǎng)度應(yīng)為60cm，即調(diào)整集流體浸入電解液中的長(zhǎng)度即可協(xié)調(diào)帶動(dòng)速度和沉積時(shí)間。
[0031]如下，通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本【具體實(shí)施方式】中制得的電極材料的特性。
[0032]實(shí)驗(yàn)1:
[0033]在電解槽中配制電解液，電解液是乙酸錳和去離子水配置的0.lmol/L的乙酸錳溶液。
[0034]對(duì)電極選擇鉬電極，并將鉬電極固定在電解液中。
[0035]柔性集流體選擇表面具有高度規(guī)則排列的鎳尖錐的薄膜材料，具體地，采用鈦箔進(jìn)行電化學(xué)沉積得到。選擇厚度約為100 μ m、寬為3cm的鈦箔作為柔性電極。配置反應(yīng)母液，母液中 NiCl2.6H20 含量為 0.8mol/L、H3BO3 為 0.16mol/L, NH4Cl 為 0.4mol/L,超聲處理20-40分鐘后放置于40-80°C的水浴鍋中，同時(shí)將pH值調(diào)至3_5，得到混合物母液。以鈦箔為工作陰極、鎳片為工作陽(yáng)極插入混合物母液中，工作陽(yáng)極和工作陰極之間的距離為
0.1cm，在工作陽(yáng)極和工作陰極間通入電流密度為2A/dm2的直流電進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積時(shí)間為5-10min，得到表面具有高度規(guī)則鎳尖錐陣列的薄膜材料。將得到的薄膜材料經(jīng)過(guò)去離子水的沖洗以及干燥后，作為后續(xù)待用的集流體。上述電化學(xué)沉積過(guò)程可以采用卷對(duì)卷工藝代替上述普通的電沉積過(guò)程，從而與后續(xù)的卷對(duì)卷制作電極材料的過(guò)程組成多步卷對(duì)卷電沉積過(guò)程。需說(shuō)明書(shū)的是，本實(shí)驗(yàn)中制得的含有深顏色的鎳尖錐陣列的集流體薄膜可從下方的鈦箔上揭下來(lái)，其厚度經(jīng)過(guò)測(cè)試，僅5微米。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中制作的鎳箔產(chǎn)品，本實(shí)驗(yàn)中得到的集流體薄膜(即鎳箔)厚度較薄，且根據(jù)測(cè)試的SEM圖，可得到鑷尖錐陣列的孔隙結(jié)構(gòu)也較好。該結(jié)構(gòu)的電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中時(shí)，可大幅提高超級(jí)電容器的電化學(xué)性能。
[0036]基于卷對(duì)卷工藝，將上述制得的集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞浸入前述配制的電解液中，與所述鉬電極平行相對(duì)。加熱電解液，將所述柔性集流體與電刷接觸的方式實(shí)現(xiàn)通電，并控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行二氧化錳電化學(xué)沉積。電沉積過(guò)程中，制得的鎳尖錐薄膜作為集流體，為工作陽(yáng)極；鉬電極作為對(duì)電極，為工作陰極。該步驟中二氧化錳陽(yáng)極沉積的化學(xué)方程式如下所示:
[0037]Mn2++2H20 — Mn02+4H++2e
[0038]將電化學(xué)沉積后的集流體從轉(zhuǎn)軸上卸下，用去離子水沖洗多遍后在60°C的烘箱中干燥30分鐘，得到二氧化錳沉積在鎳尖錐陣列上的薄膜電極材料。
[0039]上述卷對(duì)卷制備過(guò)程中，設(shè)置保持兩電極之間的距離為1cm，加熱保持電解液溫度為30°C，選用的浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的直徑為1mm，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)的速度為0.1 cm/s,電刷上通以5V的電壓，電刷的長(zhǎng)度為3cm，電刷壓向集流體的壓力為 50Pa。
[0040]本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)控制上述參數(shù)，在高效快速生產(chǎn)的電極材料的同時(shí)，制得的電極材料的一致性較好。如圖2所示，為本實(shí)驗(yàn)中制得的電極材料的掃描電子顯微鏡圖(SEM圖)，該SEM圖是由日本日立公司型號(hào)為S4800，工作電壓為5.0kV，放大倍數(shù)為12.1mmX40.0(K)的掃描電子顯微鏡掃描本實(shí)驗(yàn)中電極材料后得到。從該SEM圖可得到電極材料中鑷尖錐陣列上沉積二氧化錳的微觀形貌，從圖中可以看出本實(shí)驗(yàn)的電極材料具有很好的陣列結(jié)構(gòu)，且活性物質(zhì)二氧化錳均勻地沉積在鑷尖錐的表面，電極材料的一致性較好。如圖3所示，為本實(shí)驗(yàn)中制得的電極材料的透射電子顯微鏡圖(TEM圖)。圖3中，鎳尖錐表面較虛的部分是Mn02沉積物。從圖2和圖3中可知，電極材料中含有鎳尖錐以及二氧化錳沉積物(活性物質(zhì))，其中二氧化錳均勻地沉積在鎳尖錐表面，沉積材料分布均勻一致，從而電極材料的一致性好。另外，從圖中可知，本實(shí)驗(yàn)的鎳尖錐結(jié)構(gòu)形貌較好，可在電沉積過(guò)程中方便電解液的擴(kuò)散和離子的傳輸，有助于提高活性物質(zhì)的利用率，以及有助于提高電極材料制作成超級(jí)電容器后超級(jí)電容器的倍率性能。
[0041]實(shí)驗(yàn)2:
[0042]本實(shí)驗(yàn)中，電解液與實(shí)驗(yàn)I中不同，為乙酸錳溶液與PEDOT =PSS溶液的混合溶液。具體地，將乙酸錳溶解于水中配制lmol/L的乙酸錳溶液。配制質(zhì)量百分濃度為1%的PEDOT:PSS水溶液，PEDOT和PSS的摩爾比為1:2。將乙酸錳溶液與PEDOT =PSS溶液按體積比20:
0.1進(jìn)行充分混合，經(jīng)超聲分散至透明，得到混合物母液。[0043]對(duì)電極同實(shí)驗(yàn)I中相同，仍然選擇鉬電極。
[0044]柔性集流體與實(shí)驗(yàn)I中不同，選擇不銹鋼作為柔性集流體。具體地，選擇厚度約為50 μ m,寬度為5cm的不銹鋼網(wǎng)，置于乙醇和丙酮體積比為1:1配制的混合液中超聲處理30分鐘，取出干燥作為柔性集流體。[0045]基于卷對(duì)卷工藝，將上述柔性集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞浸入前述配制的電解液中，與所述鉬電極平行相對(duì)。加熱電解液，將所述柔性集流體與電刷接觸的方式實(shí)現(xiàn)通電，并控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行MnO2的電化學(xué)沉積和導(dǎo)電高分子PEDOT =PSS的電泳沉積。電沉積過(guò)程中，不銹鋼集流體，為工作陽(yáng)極；鉬電極為工作陰極。將電化學(xué)沉積后的集流體從轉(zhuǎn)軸上卸下，用去離子水沖洗，然后在60°C的烘箱中干燥30分鐘，得到表面具有Mn02/PED0T:PSS納米復(fù)合體結(jié)構(gòu)沉積層的電極材料。
[0046]上述卷對(duì)卷制備過(guò)程中，設(shè)置保持兩電極之間的距離為5cm，加熱電解液保持其溫度為45°C，選用的浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的直徑為0.5cm，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)的速度為0.5cm/s,電刷上通以IOV的電壓，電刷的長(zhǎng)度為5cm，電刷壓向集流體的壓力為lOOPa。
[0047]本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)控制上述參數(shù)，在高效快速生產(chǎn)的電極材料的同時(shí)，制得的電極材料的一致性較好。如圖4所示，為本實(shí)驗(yàn)中制得的電極材料的SEM圖，該SEM圖是由日本日立公司型號(hào)為S4800，工作電壓為5.0kV，放大倍數(shù)為7.9mmX45.0 (K)的掃描電子顯微鏡掃描本實(shí)驗(yàn)中電極材料后得到。從該SEM圖可得到電極材料中二氧化錳和導(dǎo)電高分子PEDOT =PSS均勻分布，從而電極材料均勻一致性較好。同時(shí)二氧化錳和導(dǎo)電高分子PEDOT:PSS復(fù)合形成納米球，該結(jié)構(gòu)有助于提高二氧化錳的導(dǎo)電性，并且這種結(jié)構(gòu)的電極材料具有良好的孔隙率、形貌較好，可在電沉積過(guò)程中方便電解液的擴(kuò)散和離子的傳輸，有助于提高活性物質(zhì)的利用率，以及制作成超級(jí)電容器后超級(jí)電容器的倍率性能。如圖5所示，為本實(shí)驗(yàn)中制得的電極材料的--Μ圖。從圖4和圖5中可知，本實(shí)驗(yàn)中電極材料具有良好的孔隙，沉積材料分布均勻一致，從而電極材料的一致性好。
[0048]實(shí)驗(yàn)3:
[0049]本實(shí)驗(yàn)中，電解液與實(shí)驗(yàn)I中相同，也選用乙酸錳溶液，只是濃度有所不同，為
0.2~2.0moI/L的乙酸錳溶液。
[0050]對(duì)電極同實(shí)驗(yàn)I中不相同，選擇金電極。
[0051]柔性集流體與實(shí)驗(yàn)I中不同，選擇泡沫鎳作為柔性集流體。具體地，選擇厚度約為100 μ m，寬度為8cm的泡沫鎳作為柔性集流體。
[0052]基于卷對(duì)卷工藝，將上述柔性集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞浸入前述配制的電解液中，與所述金電極平行相對(duì)。加熱電解液，將所述柔性集流體與電刷接觸的方式實(shí)現(xiàn)通電，并控制轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行二氧化錳沉積。電沉積過(guò)程中，泡沫鎳集流體，為工作陽(yáng)極；金電極為工作陰極。將電化學(xué)沉積后的集流體從轉(zhuǎn)軸上卸下，用去離子水沖洗，然后在50°C的烘箱中干燥30分鐘，得到泡沫鎳表面具有均勻的MnO2納米層的電極材料。
[0053]上述卷對(duì)卷制備過(guò)程中，設(shè)置保持兩電極之間的距離為8cm，加熱電解液保持其溫度為50°C，選用的浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的直徑為0.5cm，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)集流體在電解液中運(yùn)動(dòng)的速度為2cm/s，電刷上通以IV的電壓，電刷的長(zhǎng)度為10cm，電刷壓向集流體的壓力為200Pa。
[0054]本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)控制上述參數(shù)，在高效快速生產(chǎn)的電極材料的同時(shí)，制得的電極材料的一致性較好。如圖6所示，為本實(shí)驗(yàn)中制得的電極材料的SEM圖。該SEM圖是由日本日立公司型號(hào)為S4800，工作電壓為5.0kV，放大倍數(shù)為8.7mmX100 (K)的掃描電子顯微鏡掃描本實(shí)驗(yàn)中電極材料后得到。從圖6中可知，電極材料中沉積材料分布均勻一致，從而可保證電極材料的一致性好。
[0055]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍?！?br> 【權(quán)利要求】
1.一種卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:包括以下步驟:(I)配置電解液，在電解液中固定對(duì)電極；(2)將柔性集流體通過(guò)轉(zhuǎn)軸卷繞并浸入所述電解液中，與所述對(duì)電極平行相對(duì)；(3)加熱所述電解液，對(duì)所述柔性集流體通電，通以0.01~ΙΟΟΑ/dm2的電流密度或者1.0~20V的電壓，并控制所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)所述柔性集流體在所述電解液中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行電化學(xué)沉積；(4)將電化學(xué)沉積后從所述電解液中帶出的集流體從所述轉(zhuǎn)軸上卸下，干燥所述集流體后制得電極材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述步驟(2)中所述柔性集流體與所述對(duì)電極的距離為0.1~10cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述步驟(2)中浸入電解液中的轉(zhuǎn)軸的直徑為0.1~0.5cm ;所述步驟(3)中,所述轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述集流體運(yùn)動(dòng)的速度為0.1~2cm/s ;且加熱所述電解液，保持所述電解液的溫度為10°C~60°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述步驟(3)中對(duì)所述柔性集流體通電是通過(guò)使所述柔性集流體與通電的電刷接觸實(shí)現(xiàn)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述電刷的大小為I~12cm，所述電刷壓向所述柔性集流體的壓力大小為50~200Pa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述步驟(2)中卷繞所述柔性集流體之前，還包括對(duì)所述柔性集流體進(jìn)行表面清潔除油處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述柔性集流體為不銹鋼網(wǎng)、不銹鋼片、銅箔、鋁箔、柔性石墨片、柔性碳納米管紙、泡沫鎳、柔性導(dǎo)電高分子聚合物、表面鍍有氧化銦錫的柔性材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述`的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述對(duì)電極為不銹鋼、銅、鐵、石墨、鋁、鋅、銀、金、鉬、導(dǎo)電聚合物材料或者含有上述成分的復(fù)合導(dǎo)電材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述電解液為金屬鹽溶液或者金屬鹽溶液與導(dǎo)電高分子聚合物的混合溶液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的卷對(duì)卷制作電極材料的方法，其特征在于:所述導(dǎo)電高分子聚合物為正、負(fù)離子摻雜的噻吩類聚合物，正、負(fù)離子摻雜的吡咯類聚合物，聚苯胺，聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸鹽)中的一種或者多種。
【文檔編號(hào)】C25D7/06GK103668376SQ201310728653
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】楊誠(chéng), 蘇滋津, 徐超, 劉靜平, 謝炳河 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院