一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有自鉚能力的多孔導(dǎo)電涂層金屬箔及其制備方法，采用涂覆，燒結(jié)等措施在具有貫穿的多孔金屬箔表面和孔內(nèi)壁表面生成導(dǎo)電材料涂層，制備具有導(dǎo)電涂層的金屬箔材料。屬于高性能的化學(xué)電源材料及相關(guān)領(lǐng)域。通過(guò)采用涂布，浸漬等方式將導(dǎo)電材料及添加劑分布到多孔金屬箔的表面和其中孔的內(nèi)表面，再經(jīng)過(guò)一定溫度的熱處理即得到在多孔金屬箔的表面和內(nèi)孔表面均勻分布的導(dǎo)電涂層的導(dǎo)電涂層金屬箔。由于導(dǎo)電涂層作為一個(gè)整體，其內(nèi)部的作用力用作自鉚的作用力，將導(dǎo)電涂層材料牢固的”鉚接”在通孔金屬箔上。本發(fā)明具有可操作性強(qiáng)，導(dǎo)電涂層與金屬箔基底之間結(jié)合力強(qiáng)，導(dǎo)電涂層表面積大，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高性能化學(xué)能源及其相關(guān)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是具有通孔的多孔金屬箔和導(dǎo)電碳材料涂層材料構(gòu)筑的導(dǎo)電涂層金屬箔及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]涂碳金屬箔就是將分散好的納米導(dǎo)電材料顆粒，均勻、細(xì)膩地涂覆在金屬箔/銅箔上。它能提供極佳的靜態(tài)導(dǎo)電性能，收集活性物質(zhì)的微電流，從而可以大幅度降低正/負(fù)極材料和集流體之間的接觸電阻，并能提高兩者之間的附著能力，可減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而使電池的整體性能產(chǎn)生顯著的提升。導(dǎo)電涂層金屬箔由金屬箔基底和包覆在基地上的導(dǎo)電涂層構(gòu)成。其中導(dǎo)電涂層分水性(水劑體系)和油性(有機(jī)溶劑體系)兩種類型。導(dǎo)電涂層金屬箔可用作電池和電容的電極基片。具有降低電極電阻；提高活性材料和集流體的粘接附著力；減少極化，提高功率性能；保護(hù)集流體，延長(zhǎng)電池使用壽命。由于導(dǎo)電涂層金屬箔用作電極或則電極基片。所以技術(shù)要求包括:厚度在1-1Oum范圍內(nèi)，與金屬箔基底和電解液良好的相容性，高導(dǎo)電性，表面高的附著力，高比表面積以及微納米的微觀結(jié)構(gòu)等。
[0003]由于碳元素和很多導(dǎo)電材料之間不生成化合物，所以需要用某種方式將導(dǎo)電材料跟金屬基底結(jié)合起來(lái)。目前制備導(dǎo)電涂層金屬箔的方法主要有粘接劑涂覆、氣相沉積、離子濺射等方法。由于成本原因，實(shí)際生產(chǎn)使用的多是粘接劑涂覆。但是由于該方法不能都為導(dǎo)電涂層提供很好的附著力，所以目前比較的研究集中在為了提高導(dǎo)電涂層材料在金屬箔基底表面附著力的方面。目前我們沒有發(fā)現(xiàn)從導(dǎo)電涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)提高導(dǎo)電涂層附著力的研究報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供一種具有自鉚功能的導(dǎo)電涂層金屬箔制備的全新工藝方法，采用具有貫穿孔和大比表面積的金屬箔為基體。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔，導(dǎo)電涂層金屬箔由具有貫穿孔的金屬箔基底和導(dǎo)電涂層組成，導(dǎo)電涂層由碳材料、粘接劑、添加劑組成。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述金屬箔基底的孔徑為10?2000nm，厚度為50-200um,孔密度在10E5-10E9個(gè)/cm2，并且貫穿孔垂直于金屬箔表面方向。
[0007]制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，包括以下步驟:采用孔徑為10?2000nm的多孔金屬箔為基底，將導(dǎo)電材料、粘接劑、添加劑和溶劑混合研磨成的漿料涂覆在具有貫穿孔的多孔金屬箔基底上經(jīng)過(guò)干燥制備成自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:其制備方法具體包括以下步驟:
A、多孔金屬箔的前處理:
a、將多孔金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘；
b、用純水清洗處氫氧化鈉溶液理過(guò)的多孔金屬箔； B、漿料的制備:按照配比，導(dǎo)電顆粒材料:乙醇:粘接劑的質(zhì)量比為4:5:1，將導(dǎo)電材料、粘接劑、添加劑以及溶劑混合，通過(guò)外力研磨成漿料；
C、漿料的涂覆:
a、將多孔金屬箔浸入到漿料中；
b、采用刮刀將表面多余的漿料刮去，留下漿料層厚度l_2mm；
C、采用滾筒在其表面反復(fù)滾壓，操壓力為0.5-5MPa ；
D、漿料涂層的熱處理:在50-500V下保溫2-10小時(shí)，氣氛條件可以是大氣條件或者保護(hù)氣氛。
[0009]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述導(dǎo)電材料指的是在漿料中用作導(dǎo)電的微納米顆粒，包括碳材料、金屬顆粒和導(dǎo)電高分子其中的一種或幾種。
[0010]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述多孔金屬箔為多孔鋁箔、多孔銅箔其中其中一種或幾種。
[0011]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述粘結(jié)劑指環(huán)氧樹脂、PVB其中的一種或幾種。
[0012]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述是指水、無(wú)水乙醇的一種或幾種。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):采用具有貫穿孔的金屬模板，從而制得具有貫穿孔的導(dǎo)電涂層，利用導(dǎo)電涂層材料本身的內(nèi)聚力增加導(dǎo)電涂層在金屬箔基底上的穩(wěn)定性，并且提供更大的比表面積。由于貫穿孔的存在，使導(dǎo)電金屬箔做具有更大的電容容量。由于貫穿孔的存在，導(dǎo)電金屬箔具有更大的比表面積，有利于電極材料在該導(dǎo)電涂層金屬箔上的涂覆，并且有利于降低電極材料與導(dǎo)電涂層金屬箔之間的接觸電阻。由于貫穿孔的存在，電解液可以浸入到導(dǎo)電金屬箔貫穿孔中，使電解液與電極材料的接觸面積增大，有利于電解液和電極材料之間的充分接觸并且降低極化作用，制成的導(dǎo)電涂層金屬箔的導(dǎo)電涂層附著力大，比表面積大，導(dǎo)電涂層與金屬箔基底之間的接觸電阻小，金屬箔電容容量大，在電解液中傳質(zhì)和擴(kuò)散過(guò)程好，適應(yīng)于大功率高倍率使用的高能量密度電源場(chǎng)合。
[0014]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
圖1為本發(fā)明的流程圖；
圖中標(biāo)號(hào):1-貫穿孔、2-多孔金屬、3-漿料、4-導(dǎo)電涂層。
[0015]【具體實(shí)施方式】:
為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0016]本發(fā)明示出了一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔及其制備方法的【具體實(shí)施方式】:
用具垂直表面貫穿通孔的金屬箔為基底，采用涂覆的方法，將導(dǎo)電材料和添加劑的混合物分布到金屬箔的表面和內(nèi)孔的表面，在經(jīng)過(guò)干燥等步驟，使導(dǎo)電涂層固定在金屬的表面上。由于金屬箔的模板作用，生成的導(dǎo)電涂層即像鉚釘一樣的固定在貫穿孔中，這種導(dǎo)電涂層由于具有貫穿孔金屬箔而產(chǎn)生的特殊形狀使其在金屬箔表面附著更加牢固，此處稱之為“自鉚作用”。這種自鉚作用的實(shí)質(zhì)是特俗形狀的導(dǎo)電涂層材料的內(nèi)聚力作用，這種作用有利于保持導(dǎo)電涂層在金屬箔基底上的穩(wěn)定性，并且可以提供額外的比表面積。
[0017]由于該貫穿孔金屬箔是通過(guò)化學(xué)和電化學(xué)過(guò)程生產(chǎn)的，通過(guò)調(diào)整特定參數(shù)，可以控制金屬箔的厚度，孔徑，空密度等參數(shù)，進(jìn)而對(duì)導(dǎo)電涂層金屬箔的形貌和尺寸參數(shù)經(jīng)行有效控制。該方法強(qiáng)化了導(dǎo)電涂層材料在金屬箔基底表面的結(jié)合力，使制備的導(dǎo)電涂層金屬箔具有導(dǎo)電涂層結(jié)合力好，比表面積大，形貌和尺寸參數(shù)可控等優(yōu)點(diǎn)。
[0018]本發(fā)明利用具有貫穿孔的金屬箔做為模板，合成具有特殊形貌的導(dǎo)電涂層。金屬模板在制作導(dǎo)電涂層金屬箔的過(guò)程中用作模板，在導(dǎo)電涂層金屬箔中作為基底或者說(shuō)集流體。在合成的導(dǎo)電涂層金屬箔中，利用導(dǎo)電涂層材料的內(nèi)聚力增加導(dǎo)電涂層在金屬基底表面的附著力。并且具有貫穿孔的金屬箔還增加了導(dǎo)電涂層金屬箔的表面積。
[0019]本發(fā)明所述的自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的制備方法，具體工藝步驟如下: 采用孔徑為10?2000nm的多孔金屬箔為基底，將含有碳材料，粘結(jié)劑、添加劑以及溶劑的混合物漿料通過(guò)外力涂布到金屬箔表面以及貫穿孔內(nèi)壁的表面，經(jīng)過(guò)干燥等步驟得到自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔。
[0020]本發(fā)明中，所述的多孔金屬箔指多孔鋁箔、多孔銅箔其中其中一種或幾種。
[0021]本發(fā)明中，導(dǎo)電材料指的是在漿料中用作導(dǎo)電的微納米顆粒，包括碳材料、金屬顆粒和導(dǎo)電高分子其中的一種或幾種。
[0022]本發(fā)明中，所述的粘結(jié)劑指環(huán)氧樹脂，PVB其中的一種或幾種。
[0023]本發(fā)明中，所述的溶劑是指水，無(wú)水乙醇的一種或幾種。
[0024]本發(fā)明中，熱處理指的是涂覆有漿料的金屬箔在50_100°C下保溫2-10小時(shí)。
[0025]本發(fā)明中，所述自鉚式導(dǎo)電涂層金屬箔的制備方法包括以下幾個(gè)步驟:
A、多孔金屬箔的前處理:
a、將多孔金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘；
b、用純水清洗處氫氧化鈉溶液理過(guò)的多孔金屬箔；
B、漿料的制備:按照配比，將導(dǎo)電材料、粘接劑、添加劑以及溶劑混合，通過(guò)外力研磨成漿料；
C、漿料的涂覆:
a、將多孔金屬箔浸入到漿料中；
b、采用刮刀將表面多余的漿料刮去，留下漿料層厚度l_2mm；
C、采用滾筒在其表面反復(fù)滾壓，操壓力為0.5-5MPa ；
D、漿料涂層的熱處理:在50-500V下保溫2-10小時(shí)，氣氛條件可以是大氣條件或者保護(hù)氣氛。
[0026]本發(fā)明跟現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了導(dǎo)電涂層金屬箔的導(dǎo)電涂層附著力不高，涂層機(jī)械性能不好，比表面積不夠大等問(wèn)題。采用貫穿孔的結(jié)構(gòu)，有利于增加導(dǎo)電涂層的附著力和機(jī)械性能，有利于提供更大的表面積，有利于降低導(dǎo)電涂層和基底之間的接觸電阻，有利于增加導(dǎo)電涂層的電容性能。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案采用具有貫穿孔的金屬模板，從而制得具有貫穿孔的導(dǎo)電涂層，利用導(dǎo)電涂層材料本身的內(nèi)聚力增加導(dǎo)電涂層在金屬箔基底上的穩(wěn)定性，并且提供更大的比表面積。由于貫穿孔的存在，使導(dǎo)電金屬箔做具有更大的電容容量。由于貫穿孔的存在，導(dǎo)電金屬箔具有更大的比表面積，有利于電極材料在該導(dǎo)電涂層金屬箔上的涂覆，并且有利于降低電極材料與導(dǎo)電涂層金屬箔之間的接觸電阻。由于貫穿孔的存在，電解液可以浸入到導(dǎo)電金屬箔貫穿孔中，使電解液與電極材料的接觸面積增大，有利于電解液和電極材料之間的充分接觸并且降低極化作用。
[0028]本發(fā)明的導(dǎo)電涂層金屬箔具有導(dǎo)電涂層附著力大，比表面積大，導(dǎo)電涂層與金屬箔基底之間的接觸電阻小，金屬箔電容容量大，在電解液中傳質(zhì)和擴(kuò)散過(guò)程好，適應(yīng)于大功率高倍率使用的高能量密度電源場(chǎng)合。
[0029]實(shí)施例一:
采用電刻蝕貫穿孔鋁箔，金屬箔厚度為lOOum、孔徑為lum、孔密度約為10E7個(gè)/cm2。
[0030]采用的導(dǎo)電材料為炭黑，比表面積為1000m2/g。粘接劑采用環(huán)氧樹脂。溶劑采用無(wú)水乙醇。先將炭黑在100°c條件下熱處理3小時(shí)。將干燥后的炭黑、乙醇和PVB (質(zhì)量比為4:5:1)裝入球磨罐中，球磨10小時(shí)；再加入環(huán)氧樹脂(其質(zhì)量炭黑和PVB質(zhì)量10%計(jì)算)，機(jī)械研磨2小時(shí)。通過(guò)以上步驟得到了分散均勻的炭黑漿料。將電刻蝕金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘，至有大量的氣泡產(chǎn)生，再用純水反復(fù)清洗多孔金屬箔以除去殘留的氫氧化鈉。用無(wú)水乙醇脫水、冷風(fēng)吹干。將處理過(guò)的多孔金屬箔浸在漿料中5分鐘，然后提出，在室溫條件下干燥I小時(shí)，用滾輪反復(fù)碾壓，在100°C條件下干燥2小時(shí)，即得到具有貫穿孔和自鉚能力的導(dǎo)電涂層金屬箔。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該導(dǎo)電涂層金屬箔孔徑為0.5um左右，孔密度約為10E7個(gè)/cm2，比電容約為600yF/cm2。
[0031]實(shí)施例二:
采用電刻蝕貫穿孔鋁箔，金屬箔厚度為150um、孔徑為lum、孔密度約為10E7個(gè)/cm2。
[0032]采用的導(dǎo)電材料為炭黑，比表面積為1000m2/g。粘接劑采用環(huán)氧樹脂。溶劑采用無(wú)水乙醇。先將炭黑在100°c條件下熱處理3小時(shí)。將干燥后的炭黑、乙醇和PVB (質(zhì)量比為4:5:1)裝入球磨罐中，球磨10小時(shí)；再加入環(huán)氧樹脂(其質(zhì)量炭黑和PVB質(zhì)量10%計(jì)算)，機(jī)械研磨2小時(shí)。通過(guò)以上步驟得到了分散均勻的炭黑漿料。將電刻蝕金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘，至有大量的氣泡產(chǎn)生，再用純水反復(fù)清洗多孔金屬箔以除去殘留的氫氧化鈉。用無(wú)水乙醇脫水、冷風(fēng)吹干。將處理過(guò)的多孔金屬箔浸在漿料中5分鐘，然后提出，在室溫條件下干燥I小時(shí)，用滾輪反復(fù)碾壓，在100°C條件下干燥2小時(shí)，即得到具有貫穿孔和自鉚能力的導(dǎo)電涂層金屬箔。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該導(dǎo)電涂層金屬箔孔徑為0.5um左右，孔密度約為10E7個(gè)/cm2，比電容約為800yF/cm2。
[0033]實(shí)施例三:
采用電刻蝕貫穿孔鋁箔，金屬箔厚度為lOOum、孔徑為lum、孔密度約為10E7個(gè)/cm2。
[0034]采用的導(dǎo)電材料為多壁碳納米管，比表面積為500m2/g。粘接劑采用環(huán)氧樹脂?；罨技{米管:將碳納米管與KOH按質(zhì)量比1:4混合，在氮?dú)鈿夥罩斜?50°C—小時(shí)，冷卻后將碳納米管清洗干燥備用。將活化后的碳納米管、乙醇和PVB (質(zhì)量比為4:5:1)裝入球磨罐中，球磨10小時(shí)；再加入環(huán)氧樹脂(其質(zhì)量炭黑和PVB質(zhì)量10%計(jì)算)，機(jī)械研磨2小時(shí)。通過(guò)以上步驟得到了分散均勻的炭黑漿料。將電刻蝕金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘，至有大量的氣泡產(chǎn)生，再用純水反復(fù)清洗多孔金屬箔以除去殘留的氫氧化鈉。用無(wú)水乙醇脫水、冷風(fēng)吹干。將處理過(guò)的多孔金屬箔浸在漿料中5分鐘，然后提出，在室溫條件下干燥I小時(shí)，用滾輪反復(fù)碾壓，在100°C條件下干燥2小時(shí)，即得到具有貫穿孔和自鉚能力的導(dǎo)電涂層金屬箔。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該導(dǎo)電涂層金屬箔孔徑為0.5um左右，孔密度約為10E7個(gè)/cm2，比電容約為1000yF/cm2o
【權(quán)利要求】
1.一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔，其特征在于:所述導(dǎo)電涂層金屬箔由具有貫穿孔的金屬箔基底和導(dǎo)電涂層組成，所述導(dǎo)電涂層由碳材料、粘接劑、添加劑組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔，其特征在于:所述金屬箔基底的孔徑為10?2000nm，厚度為50_200um，孔密度在10E5-10E9個(gè)/cm2，并且貫穿孔垂直于金屬箔表面方向。
3.制備權(quán)利要求1或2所述的一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于，包括以下步驟:采用孔徑為10?2000nm的多孔金屬箔為基底，將導(dǎo)電材料、粘接劑、添加劑和溶劑混合研磨成的漿料涂覆在具有貫穿孔的多孔金屬箔基底上經(jīng)過(guò)干燥制備成自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: A、多孔金屬箔的前處理: a、將多孔金屬箔在1%的氫氧化鈉溶液中處理0.5-1分鐘； b、用純水清洗處氫氧化鈉溶液理過(guò)的多孔金屬箔； B、漿料的制備:按照配比，導(dǎo)電顆粒材料:乙醇:粘接劑的質(zhì)量比為4:5:1，將導(dǎo)電材料、粘接劑、添加劑以及溶劑混合，通過(guò)外力研磨成漿料； C、漿料的涂覆: a、將多孔金屬箔浸入到漿料中； b、采用刮刀將表面多余的漿料刮去，留下漿料層厚度l_2mm； C、采用滾筒在其表面反復(fù)滾壓，操壓力為0.5-5MPa ； D、漿料涂層的熱處理:在50-500V下保溫2-10小時(shí)，氣氛條件可以是大氣條件或者保護(hù)氣氛。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于:所述導(dǎo)電材料指的是在漿料中用作導(dǎo)電的微納米顆粒，包括碳材料、金屬顆粒和導(dǎo)電高分子其中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于:所述多孔金屬箔為多孔鋁箔、多孔銅箔其中其中一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于:所述粘結(jié)劑指環(huán)氧樹脂、PVB其中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述制備一種自鉚式的通孔導(dǎo)電涂層金屬箔的方法，其特征在于:所述是指水、無(wú)水乙醇的一種或幾種。
【文檔編號(hào)】H01M4/02GK104282872SQ201410576680
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】王建中, 朱鴻偉 申請(qǐng)人:南通海星電子股份有限公司, 南通海一電子有限公司, 四川中雅科技有限公司