高性能Al-C復(fù)合箔的制備與性能研究.pdf

1、鋁箔是鋁電解電容器電極材料，也是超級(jí)電容器和鋰離子電池等儲(chǔ)能器件集流體的重要材料，對(duì)器件的性能有重要影響，對(duì)其進(jìn)行涂層改性是提升器件性能的重要途徑。固態(tài)鋁電解電容器的溫度特性、內(nèi)阻、損耗因子、頻率特性、壽命等多方面性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)鋁電解電容器，是鋁電解電容器重要的發(fā)展方向。近年研究發(fā)現(xiàn)鋁表面復(fù)合碳層形成Al/C復(fù)合箔，能有效降低鋁與活性材料界面電阻，提高親合力和表面積，大幅度提高器件性能。特別是Al/C復(fù)合箔已成為固體高分子鋁電解電容器

2、的不可或缺的關(guān)鍵材料，對(duì)固體高分子鋁電解電容器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。已有的技術(shù)采用化學(xué)氣相沉積工藝在鋁箔上形成碳層，但該工藝存在設(shè)備復(fù)雜、成本高等問題。本研究采用在鋁箔上涂覆有機(jī)前驅(qū)體和導(dǎo)電碳材料，再通過熱處理碳化有機(jī)前驅(qū)體并生成鋁/碳界面冶金結(jié)合的方法制備高性能Al/C復(fù)合箔。研究改變涂層成分、熱處理和活化處理?xiàng)l件對(duì)Al/C復(fù)合箔性能的影響，采用測量Al/C復(fù)合箔方阻、碳層結(jié)合強(qiáng)度、比表面積等理化指標(biāo)來評(píng)價(jià)其性能;采用TEM、SEM研究

3、Al/C復(fù)合箔的微觀組織結(jié)構(gòu)。主要結(jié)論如下:
　　(1)通過探討Al/C復(fù)合箔制備過程中各因素的影響，得出Al/C復(fù)合箔的最佳制備工藝為:最佳涂層配比為鱗片石墨∶有機(jī)樹脂∶表面活性劑=80∶18∶2;最佳熱處理?xiàng)l件為550℃-6h;最佳活化處理工藝為空氣氣氛下400℃-4h。
　　(2)通過現(xiàn)代分析手段依次分析了碳層成分組成、碳層結(jié)構(gòu)、界面組成、界面結(jié)構(gòu)與Al/C復(fù)合箔性能的關(guān)系。本文制備的Al/C復(fù)合箔的碳層成分包括有序s

4、p3石墨結(jié)構(gòu)和無序sp2、sp3結(jié)構(gòu)的有機(jī)樹脂裂解碳，在能夠形成通暢的石墨鱗片導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的前提下提高有機(jī)樹脂裂解碳的含量可以獲得大比表面積、高導(dǎo)電性和高結(jié)合強(qiáng)度的碳層結(jié)構(gòu)。Al/C復(fù)合箔的界面碳層和鋁箔結(jié)合緊密，并形成了短棒狀A(yù)l4C3相，生成Al4C3相的是Al/C復(fù)合箔獲得接近鋁箔的方阻的必要條件。Al/C復(fù)合箔的致密碳層和界面冶金結(jié)合也使其獲得了高達(dá)400℃的耐熱溫度。從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度討論了Al/C復(fù)合箔熱處理過程中鋁碳反應(yīng)的發(fā)

5、生條件和規(guī)律，分析得出該反應(yīng)為擴(kuò)散控制反應(yīng)，增大鋁箔/碳層界面接觸面積和接觸深度以縮短擴(kuò)散距離可以加快反應(yīng)。
　　(3)使用研制的Al/C復(fù)合箔作為陰極箔制各固體高分子鋁電解電容器，最佳性能Al/C復(fù)合箔制得的4V、560μF、Φ8×8mm的固體高分子鋁電解電容器的容量達(dá)到615μF，等效串聯(lián)電阻為4.6mΩ，損耗因子為0.98％，漏電流17.7μA，優(yōu)于目前商用規(guī)格的性能標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)腐蝕鋁箔相比，Al/C復(fù)合箔起到了降低固體高分