CN103617894B - 一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，属于超级电容器技术领域。其首先是把铝箔浸泡在碱溶液中，浸泡的时间为30～90s；把铝箔从碱性溶液中取出，然后在热去离子水中浸泡，取出后，在室温下浸泡在去离子水中；把用去离子水浸泡后的铝箔浸泡在硝酸溶液中，浸泡的时间是30～60s，取出后浸泡在去离子水中；把用去离子水浸泡后的铝箔浸泡在转化溶液中，浸泡的时间为90～150s，取出后用去离子水浸泡，最后于室温下干燥6～8小时，从而实现对超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理。本发明处理后的铝箔更好地发挥了集流体的特性，促进了活性材料与集流体之间的电子快速转移，降低了集流体与活性材料之间的接触电阻。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法。
背景技术
超级电容器(Supereapacitor)又称超大容量电容器(Ultraeapaeitor)或电化学电容器(ElectrochemicalcaPacitor，EC)，是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件。与传统的电容器相比，超级电容器具有更高的比电容量，可存储的比电容量为传统电容器的十倍以上。与电池相比，具有更高的比功率，可瞬间释放特大电流，具有充电时间短、充电效率高、循环使用寿命长、无记忆效应以及基本无需维护等特点，它填补了传统电容器和电池这两类储能元件之间的空白，在移动通讯、信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国研究的热点。各国纷纷制定近期目标和远景发展计划，将其列为重点战略研究对象。
集流体铝箔作为超级电容器的一个重要部分，其性能影响着超级电容器的整体电化学性能。工业生产的铝箔的表面常常会覆盖着工业用油和一些杂物，例如尘埃。由于长时间放置在空气中，铝箔表面会氧化形成致密的氧化薄膜，由于这层薄膜不导电，严重影响集流体的特性。这些因素同样影响了超级电容器的整体性能。所以集流体铝箔表面需要进一步处理，采用氧化还原法对其表面进行去污、去除氧化层，来增加其导电性。
发明内容
本发明提供了一种新型超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其目的是增加集流体铝箔的导电性、减小超级电容器内阻、减小超级电容器最大比电容量的循环下降率和增加超级电容器的使用寿命。
本发明所述的一种新型超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其步骤如下：
1）将铝箔浸泡在碱溶液中，浸泡的时间为30～90s；
2）将铝箔从碱溶液中取出，然后在热去离子水中浸泡，取出后，再在室温下浸泡在去离子水中；
3）将用去离子水浸泡后的铝箔取出，然后浸泡在硝酸溶液中，浸泡的时间是30～60s，取出后浸泡在去离子水中；
4）将用去离子水浸泡后的铝箔取出，然后浸泡在转化溶液中，浸泡的时间为90～150s，取出后用去离子水浸泡，最后于室温下干燥6～8小时，从而实现对超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理。
所有在去离子水中的浸泡时间为20～50s。
本发明所使用的碱溶液为NaOH溶液，其浓度为60～70g/L；所使用的硝酸溶液浓度为250～300g/L；热水温度为50～60℃；转化液组成为三氧化铬：4～6g/L，氟锆酸钾：3～5g/L，氟化钠：2～4g/L，铁氰化钾：2～5g/L，硼酸：1.2～3g/L，表面活性剂：4～10mg/L，转化液的pH值在1.4～3.8的范围内。表面活性剂为异构脂肪醇聚氧乙烯醚，主要成分为异构醇与环氧乙烷加成物，德国贝斯曼品牌，广州君鑫化工科技有限公司生产。
本发明的特点是：
（1）本发明是采用氧化还原法将集流体铝箔表面的氧化层及一些杂质去除掉，使其表面形成致密的导电薄膜，防止铝箔表面再一次的被氧化。
（2）本发明处理后的铝箔更好地发挥了集流体的特性，促进了活性材料与集流体之间的电子快速转移，降低了集流体与活性材料之间的接触电阻。
（3）采用本发明处理后的铝箔并没有破坏其表面平整性，这样使接下来的电容器电极制变得更容易。
（4）本发明所采用的处理方法相比其他方法操作要更简单，操作所需要的条件更少，成本较低廉，转化溶液可以循环使用，工作环境比较随意，制备过程无危险性，对人体无害，对环境无污染。
附图说明
图1：现有电容器内部结构示意图；
各部分名称为：正电极1、隔膜2、负电极3和集流体4；
图2：实施例1制备的超级电容器的内阻大小对比曲线；
曲线1：集流体铝箔未处理的超级电容器，曲线2：集流体铝箔处理的超级电容器；
图3：实施例2制备的超级电容器的最大电容容量循环下降比率曲线；
曲线1：集流体铝箔未处理的超级电容器，曲线2：集流体铝箔处理的超级电容器。
具体实施方式
实施例1
对于处理前的铝箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
准备7个0.5m×3m×0.2m的玻璃槽（底面积是1.5m2），除特殊说明外，均在20℃下。第一个玻璃槽装0.1米深的65g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55℃的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1米深的硝酸，浓度为260g/L；第六个装0.1米深的转化液，其组成三氧化铬：5g/L，氟锆酸钾：3.2g/L，氟化钠：2g/L，铁氰化钾：2g/L，硼酸：2.8g/L，表面活性剂：6mg/L，总的溶液pH=1.5。
将表面光滑的铝箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里42s的时间，取出后转移到第二个玻璃槽中在55℃热去离子水中浸泡30s，取出后转移到第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，取出后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s，取出后浸泡在第五个玻璃槽的去离子水中35s，最后浸泡在第六个玻璃槽中2min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
采用此铝箔与未处理的铝箔作为集流体制作如图1所示叠片式超级电容器。制作完成后检测其导电性能。
如图2，结果表明经过转化处理后的铝箔作为集流体的超级电容器的内阻要比未处理过的铝箔作为集流体的超级电容器小。由此得出结论，处理过后的铝箔作为集流体具有更好的导电性，大大减小了超级电容器的内部发热，从而延长了超级电容器的使用寿命。
实施例2
对于处理前的铝箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
准备7个0.5m×3m×0.2m的玻璃槽（底面积是1.5m2），在室温20℃下。第一个玻璃槽装0.1米深的64g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米、保持55℃的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为280g/L；第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬：4.8g/L，氟锆酸钾：3.6g/L，氟化钠：2.4g/L，铁氰化钾：2.5g/L，硼酸：1.8g/L，表面活性剂：5mg/L，总的溶液pH=1.8。
将表面光滑的铝箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里50s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55℃热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s，再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s，最后浸泡在第六个玻璃槽中2.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
采用此铝箔与未处理的铝箔作为集流体制作叠片式超级电容器。制作完成后检测其循环性能下降比率（将超级电容器循环充放电1000次，测量其最大容量下降比率）。
如图3，结果表明经过转化处理后的铝箔作为集流体的超级电容器的循环容量下降比率要比未处理过的铝箔作为集流体的超级电容器小。由此得出结论，转化处理后的铝箔作为集流体更能提高超级电容器的循环性能，从而增加了超级电容器的循环次数。
实施例3
对于处理前的铝箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
准备7个0.5m×3m×0.2m的玻璃槽（底面积是1.5m2），在室温20℃下。第一个玻璃槽装10cm深的68g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55℃的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为269g/L；第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬：4.5g/L，氟锆酸钾：4.2g/L，氟化钠：3.52g/L，铁氰化钾：4.2g/L，硼酸：2.8g/L，表面活性剂：4mg/L，总的溶液pH=1.6。
将表面光滑的铝箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里30s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55℃热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s，再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s，最后浸泡在第六个玻璃槽中2min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
采用此铝箔与未处理的铝箔作为集流体制作叠片式超级电容器。制作完成后检测其导电性能来验证实施例1的结论，所的结论一样。
实施例4
对于处理前的铝箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
准备7个0.5m×3m×0.2m的玻璃槽（底面积是1.5m2），在室温20℃下。第一个玻璃槽装10cm深的62g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55℃的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为220g/L；第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬：6g/L，氟锆酸钾：4.9g/L，氟化钠：3.6g/L，铁氰化钾：5g/L，硼酸：3g/L，表面活性剂：5mg/L，总的溶液pH=1.4。
将表面光滑的铝箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里60s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55℃热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s，再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s，最后浸泡在第六个玻璃槽中1.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
采用此铝箔与未处理的铝箔作为集流体制作叠片式超级电容器。制作完成后检测其循环性能下降比率，来验证实施例2的结论，所的结论一样。
实施例5
对于处理前的铝箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
准备7个0.5m×3m×0.2m的玻璃槽（底面积是1.5m2），在室温20℃下。第一个玻璃槽装10cm深的60g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55℃的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为300g/L；第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬：4.8g/L，氟锆酸钾：5g/L，氟化钠：4g/L，铁氰化钾：4.6g/L，硼酸：2.2g/L，表面活性剂：10mg/L，总的溶液pH=3.8。
将表面光滑的铝箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里20s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55℃热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s，再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s，最后浸泡在第六个玻璃槽中2.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
采用此铝箔与未处理的铝箔作为集流体制作叠片式超级电容器。制作完成后检测其循环性能下降比率，来验证实施例2的结论，所得结果一样。
Claims (5)
1.一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其步骤如下：
1)将铝箔浸泡在碱溶液中，浸泡的时间为30～90s；
2)将铝箔取出，然后在热去离子水中浸泡，取出后，再在室温下浸泡在去离子水中；
3)将铝箔取出，然后浸泡在硝酸溶液中，浸泡的时间是30～60s，取出后浸泡在去离子水中；
4)将铝箔取出，然后浸泡在转化溶液中，浸泡的时间为90～150s，取出后用去离子水浸泡，最后于室温下干燥6～8小时，从而实现对超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理；
转化液组成为三氧化铬4～6g/L，氟锆酸钾3～5g/L，氟化钠2～4g/L，铁氰化钾2～5g/L，硼酸1.2～3g/L，表面活性剂4～10mg/L，转化液的pH值在1.4～3.8的范围内；其中表面活性剂为异构脂肪醇聚氧乙烯醚。
2.如权利要求1所述的一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其特征在于：碱溶液为NaOH溶液，其浓度为60～70g/L。
3.如权利要求1所述的一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其特征在于：硝酸溶液浓度为250～300g/L。
4.如权利要求1所述的一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其特征在于：热去离子水的温度为50～60℃。
5.如权利要求1所述的一种超级电容器集流体铝箔的表面氧化处理方法，其特征在于：在去离子水中的浸泡时间为20～50s。
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| CN103617894A (zh) | 2014-03-05 |
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