CN111540607B - 电极结构材料及制备电极结构材料的方法、电解电容器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了电极结构材料及制备电极结构材料的方法、电解电容器。该方法包括：提供金属基体，并将所述金属基体置于导电极板上；提供金属，并对所述金属进行加热以形成熔体，并令所述熔体在电场的作用下，喷至所述基体的一侧表面以形成纤维层，所述纤维层中具有多根纤维，所述纤维的直径为30‑1000nm。由此，该方法可以简便地在金属基体表面形成多根纤维堆积形成的纤维层，进而获得具有较大的比表面积和较好的机械强度的电极结构材料，可以有效地提升电极结构材料的力学强度和比电容，适于制备电解电容器的阳极。

Description

电极结构材料及制备电极结构材料的方法、电解电容器

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地，涉及电极结构材料及制备电极结构材料的方法、电解电容器。

背景技术

电解电容器由于性能独特，在小型化、大容量化方面有着其他电容器无法比拟的优势，被广泛应用于消费类电子产品中。电子产品已广泛应用于社会生活的各个领域，其功能越来越多、精度越来越高、不断朝着微型化、集成化方向发展，近年来，为适应电子产品微型化、集成化的需求，电解电容器也朝着小型化、大容量化和低成本化等方向发展。由此，要求电解电容器不仅要具有较大的比容量，还要具有良好的机械性能。为适应电解电容器的上述性能要求，阳极箔作为电解电容器中非常重要的一部分，也需要具备较大的比容量和良好的机械性能，比如良好的折弯强度等。

然而，目前的电极结构材料及制备电极结构材料的方法、电解电容器仍有待改进。

发明内容

本申请是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识而做出的：

在铝电解电容器阳极箔制造领域，通常利用电化学腐蚀技术和粉末层积技术来形成阳极箔。具体地，采用电化学腐蚀技术形成阳极箔，是通过在较低温度下使用酸性电解液对金属箔进行一系列电化学腐蚀，以形成表面多孔而芯部保留金属基体的腐蚀箔。这种方法意在通过较长时间的电化学腐蚀在金属箔表面形成多孔结构以增大金属箔的表面积，进而增大其比电容，然而，电化学腐蚀会造成阳极材料结构的不均一性，导致形成的阳极箔的比电容和折弯强度等很难达到理论状态，难以满足小型化、大容量化的需求。该处理过程因使用酸性电解液对金属箔进行电化学腐蚀，会产生相应的酸性废液，如含有硫酸、盐酸和硝酸的废液，其处理难度大，处理工序复杂，会增加环保成本，进而也会导致阳极箔和电解电容器的生产成本的增加，而且一系列的电化学腐蚀会导致金属箔表面金属的损失，造成一部分原材料的浪费，也会造成形成的阳极箔的机械强度的降低。粉末层积技术采用金属粉末在金属载体上涂布后再进行烧结，形成层积电极箔。而层积电极箔对金属粉末的形状、粒径分布以及烧结技术要求都很高，现有设备很难得到形状、粒径分布满足使用要求的金属粉末，且烧结过程中会产生较多挥发性气体。另外，金属粉末是以颗粒形式堆积的，在化成之后容易龟裂，导致化成箔的机械强度低，例如，折弯强度低，难以满足使用需求。因此，如能够开发出一种新的能够保持高的折弯强度和高比容量的阳极箔电极结构材料和制备该电极结构材料的方法，则将有利于缓解甚至解决上述问题。

本发明旨在至少一定程度上解决以上相关技术中的技术问题之一。为此，在本发明的一方面，本发明提出了一种制备电极结构材料的方法。该方法包括：提供金属基体，并将所述金属基体置于导电极板上；提供金属，并对所述金属进行加热以形成熔体，并令所述熔体在电场的作用下，喷至所述金属基体的一侧表面以形成纤维层，所述纤维层中具有多根纤维，所述纤维的直径为30-1000nm。由此，该方法可以简便地在金属基体表面形成多根纤维堆积形成的纤维层，进而获得具有较大的比表面积和较好的机械强度的电极结构材料，可以有效地提升电极结构材料的力学强度和比电容，适于制备电解电容器的阳极。

根据本发明的实施例，所述加热是将所述金属置于底部具有喷嘴的熔炉中进行的，通过控制所述熔炉的加热温度、所述金属基体与所述喷嘴的尖端的距离、所述喷嘴向所述金属基体喷出的所述熔体的流量以及所述电场的强度，令所述纤维的直径为30-1000nm。由此，可以进一步优化电极结构材料的电性能和机械性能。

根据本发明的实施例，形成所述电场进一步包括：在所述熔炉远离所述喷嘴的一侧设置正高压极板，并令所述载有所述金属基体的所述导电极板接地；设置所述正高压极板与所述熔炉远离所述喷嘴的一侧的距离，以及设置所述正高压极板的正高压，以在所述正高压极板和所述导电极板之间形成所述电场。由此，可以使金属形成的熔体喷至金属基体的一侧表面并形成纤维层，进而提高电极结构材料的比表面积以及比电容。

根据本发明的实施例，所述熔炉的加热温度为700-1500℃。由此，可以使金属形成熔体，并使熔体具有合适的流动性。

根据本发明的实施例，所述正高压极板的正高压为10-50kV。由此，可以使熔体在较温和的条件下喷至金属基体的一侧表面并形成纤维层。

根据本发明的实施例，所述正高压极板与所述熔炉远离所述喷嘴的一侧的距离为10-40cm。由此，可以进一步提高电极结构材料的性能。

根据本发明的实施例，所述金属基体和与所述喷嘴的尖端的距离为10-30cm。由此，可以进一步提高电极结构材料的性能。

根据本发明的实施例，所述喷嘴向所述金属基体喷出的所述熔体的流量为0.5-10mL/h。由此，可以在金属基体表面形成连续的纤维并堆叠为纤维层，提高电极结构材料的比表面积和机械强度。

根据本发明的实施例，所述金属的材料包括铜、铝、锌、铅、锡和镁中的一种或其组合。由此，可进一步提高该电极结构材料的性能。

根据本发明的实施例，所述金属和所述金属基体的材料为铝。由此，可进一步提高该电极结构材料的性能。

根据本发明的实施例，所述金属基体的厚度为10-30μm。由此，有利于提高利用所述方法获得的电极结构材料的电性能和机械强度。

根据本发明的实施例，所述金属基体具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上形成所述纤维层之后，进一步包括：将所述金属基体的所述第二表面朝向所述喷嘴的尖端设置在所述导电极板上，并重复形成所述纤维层的操作，在所述第二表面形成第二纤维层。由此，在所述金属基体的第一表面和第二表面都形成了具有直径为30-1000nm的纤维的纤维层，可进一步增大电极结构材料的比表面积并且提高其机械强度，从而可以通过简便的方法提高该电极结构材料的比电容以及化成后的折弯强度。

根据本发明的实施例，将所述熔体和所述金属基体置于密闭空间内形成所述纤维层，所述密闭空间内填充有气体，所述气体包括空气或惰性气体。由此，该电极结构材料的制备可不受外界环境影响，制备条件可控，有利于获得满足使用要求的电极结构材料。

根据本发明的实施例，所述纤维层的厚度为20-100μm。由此，可提高电极结构材料的电性能和机械性能。

根据本发明的实施例，所述纤维层的厚度可以为40-60μm。由此，可进一步提高电极结构材料的电性能和机械性能。

根据本发明的实施例，所述纤维层的厚度可以为50μm。由此，可进一步提高电极结构材料的电性能和机械性能。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电极结构材料，包括：金属基体；和设置在金属基体表面的纤维层，所述纤维层具有多根纤维，所述纤维的直径不超过1000nm。该电极结构材料具有较大的比电容和较好的机械强度，适用于制备电解电容器的阳极箔。

根据本发明的实施例，所述电极结构材料是利用前面所述的方法获得的。由此，制备过程中不会有酸性废液产生，也不会腐蚀金属基体，具有制备方法简单、对环境友好、节约原材料等优点。

在本发明的又一方面，本发明提出了一种电解电容器，包括：阳极，所述阳极包括前面所述的电极结构材料；阴极，所述阴极包括电解质以及导电电极。由此，该电解电容器具有前面所述的电极结构材料具有的全部特征和优点，在此不再赘述。总的来说，该电解电容器具有较大的比容量、且其阳极具有良好的机械性能和电性能。

附图说明

图1显示了根据本发明一个实施例的制备电极结构材料的方法的流程示意图；

图2显示了根据本发明另一个实施例的制备电极结构材料的方法的示意图；

图3显示了根据本发明一个实施例的电极结构材料的结构示意图；

图4显示了根据本发明另一个实施例的电极结构材料的结构示意图；以及

图5显示了根据本发明实施例1制备的电极结构材料的扫描电子显微镜照片。

附图标记说明：

100：金属基体；110：第一表面；120：第二表面；200：金属；300：正高压极板；400：导电极板；500：熔炉；600：流量控制阀；700：喷嘴；810：纤维层；820：第二纤维层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。术语“包含”或“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备电极结构材料的方法。该方法通过对金属进行加热以形成熔体，并利用电场使熔体喷向金属基体的一侧以形成金属纤维，多根金属纤维堆积形成纤维层，从而获得该电极结构材料。

如前所述，通过电化学腐蚀技术或者粉末层积技术形成的阳极箔均具有较为明显的缺陷，仍有待提高。根据本发明实施例获得的电极结构材料在金属基体表面具有多根纤维，由多根纤维形成具有一定厚度的纤维层，进而可为该电极结构材料提供更加适于形成电解电容器的阳极箔的结构。具体地，一方面，金属纤维形成的纤维层可使该电极结构材料具有较大的比表面积，经过化成作用后形成的化成箔也具有较大的比表面积；另一方面，由于纤维层是在金属基体的表面上形成，而且纤维层具有一定的厚度，可在化成作用过程中起到保护基体的作用，因此，化成作用可以仅对金属纤维层进行处理，金属基体的机械性能可不被破坏，由此金属基体可为化成箔提供良好的机械支撑，而且，纤维结构也可提供柔性支撑强度，由此得到的电极结构材料具有良好的机械强度。该方法不需要使用酸性电解质对金属基体进行腐蚀，也不需要复杂的烧结工艺，因此，工序相对较少、操作简单、对环境友好并且节约原料。

下面根据本发明的具体实施例，对该方法的各个步骤进行详细说明。具体地，参考图1，该方法包括：

S100：提供金属基体，并将所述金属基体置于导电极板上

根据本发明的实施例，在该步骤中首先提供金属基体。金属基体的具体材料不受特别限制，例如可以为阀金属，具体可以包括但不限于铝、钽、铌、钛、锆或铪。金属基体的厚度也不受特别限制，本领域技术人员可以根据需要进行具体设计。例如，根据本发明的具体实施例，金属基体的厚度可以为10-30μm，具体地，金属基体的厚度可以为30μm。发明人发现，如果金属基体的厚度太薄，将导致该电极结构材料形成的化成箔在制备阳极箔时导致电极材料的拉力强度不足，而金属基体的厚度太厚又将导致电极材料的折弯强度的降低。而当金属基体的厚度为上述范围内时，可以满足大部分的电解电容器对电极的要求。由此，可以进一步地提高该电极结构材料的机械性能。本领域技术人员能够理解的是，提供金属基体的步骤可包括形成金属基体的步骤，也可以包括对金属基体进行切割、打磨、清洗等操作。

S200：提供金属，并对所述金属进行加热以形成熔体

根据本发明的实施例，在该步骤中提供金属，并对所述金属进行加热以形成熔体。在该步骤中提供的金属的材料不受具体限制，例如该金属可以为铜、铝、锌、铅、锡和镁中的一种或组合。根据本发明的一些实施例，该金属可以为铝。金属可以为粉末或块体，其形状也不受具体限制，只要能够放置于熔炉中并通过加热形成熔体即可。在该步骤中的加热温度、加热时间不受具体限制，只要可以令所述金属形成熔体即可。具体地，根据本发明的一些实施例，该加热温度可以为700-1500℃，加热时间可以为5-60min。根据本发明的一些具体实施例，该加热时间可以为10min。

S300：令所述熔体在电场的作用下，喷至所述金属基体的一侧表面以形成纤维层

在该步骤中形成电场的装置不受具体限制，只要能形成电场并使金属形成的熔体在电场的作用下，喷至金属基体的一侧表面并形成由多根直径为30-1000nm的纤维构成的纤维层即可。也即是说，可以利用静电纺丝技术在金属基体上形成多根相互堆叠的纤维，进而获得纤维层。

具体地，参考图2，可提供金属基体100，并将金属基体100置于导电极板400上，并将金属200置于熔炉500中，在熔炉顶端上方设置可通电的极板，例如可以为正高压极板300，在熔炉500和金属基体100之间形成电场。熔炉500为可加热的熔炉，从而可对熔炉500进行加热，以间接对金属200进行加热以形成熔体。熔炉底端设置喷嘴700，并可设置流量控制阀600以控制熔体的流量。具体地，通过控制所述熔炉500的加热温度、所述金属基体100和与所述喷嘴700的尖端的距离d1、所述喷嘴700向所述金属基体100喷出的所述熔体的流量以及所述电场的强度，可控制形成在金属基体100上形成的纤维的直径。由此，可令获得的纤维的直径为30-1000nm。根据本发明的一些实施例，熔体和金属基体100可以被置于密闭空间内，密闭空间形成方式不受具体限制，只要能够形成密闭空间即可。并且，可以向该空间内填充气体，气体可以是空气或惰性气体。更具体地，气体可以为氩气，当形成金属基体100和/或形成金属200的材料易被氧化时，密闭空间里填充的氩气可作为保护气体，防止金属基体100和/或金属200被氧化。金属的熔体在电场作用下沉积至金属基体100上，以形成多根相互堆叠的纤维，并形成如图3或图4所示的纤维层810。该步骤中的熔体通过静电纺丝形成的金属纳米纤维层中的纤维节点均为高温融合焊接，可实现金属基体100上纤维层810的原位快速成形，简化工艺，提升效率，且降低成本。由此，可以利用成熟的工艺简便而有效地提高电极结构材料的比表面积以及机械强度，从而提高电极结构材料的比电容以及化成后的折弯强度。

具体地，根据本发明的实施例，可通过控制电场的场强，控制形成纤维的直径。例如，可设置正高压极板300与熔炉500远离喷嘴700的一侧的距离d1并设置正高压极板300的正高压，从而控制正高压极板300和导电极板400之间形成的电场的场强。在本发明中，正高压是指可在正高压极板300和导电极板400之间形成电场，并使金属形成的熔体表面富集大量正电荷，在静电张力作用下喷至金属基体的表面形成纤维层的电压。发明人发现，静电场的场强越强，如正高压越高，或距离d1越近，得到的金属纤维直径越细。具体地，根据本发明的一些实施例，正高压极板300的正高压可以为10-50kV。由此，可在正高压的电压数值较为温和的条件下形成足够强的场强，以获得直径范围适当的纤维，还可防止由于正高压的电压数值过低，无法形成可有效影响熔体沉积的电场，从而导致金属基体100上无法形成连续的纤维，或是导致纤维直径过大，无法有效提高该电极结构材料的比表面积。此外，发明人发现，正高压极板300与熔炉500远离喷嘴700的一侧的距离d1也会对金属纤维的形成产生影响。由于在金属纤维形成过程中，金属200形成的熔体将连续从喷嘴的尖端沉积到金属基体100上，连续不断的金属会在喷嘴和载有金属基体100的导电极板400之间形成导电通路。因此，如果正高压极板300与熔炉500远离喷嘴700的一侧接触或距离d1过小，将导致正高压极板300和接地的金属基体100之间的电路击穿而停止形成纤维。而如果d1过大，则会导致正高压极板300与导电极板400之间形成的电场强度过低，不足以使金属200形成的熔体在金属基体100上进行有效地沉积，从而导致金属基体100上无法形成连续的纤维，或是导致纤维直径过大，无法有效提高该电极结构材料的比表面积。因此，正高压极板300与熔炉500远离喷嘴700的一侧之间存在一定的距离。具体地，根据本发明的一些实施例，该距离可以为10-40cm。

根据本发明的另一些实施例，金属基体100与喷嘴700的尖端之间的距离d2可以为10-30cm。由此，可以在金属基体100上形成直径满足上述要求的纤维。具体地，当距离d2过小时，熔体在电场作用下没有足够的流动距离即与金属基体100相接触，将导致金属纤维在空中盘绕，进而使得沉积纤维层分布不均匀。当距离d2过大时，则使得电场场强较小，静电张力不足以克服液滴表面张力，无法有效形成连续纤维。类似地，如果喷嘴700向金属基体100喷出的熔体的流量过大，在沉积纤维的同时，过量的熔体会滴落在金属基体表面，则不利于均匀纤维层810的形成，如果过小，则会明显延长形成纤维层810所需的时间而降低纤维沉积效率，因此，熔体的流量应控制在一定范围。具体地，喷嘴700向金属基体100喷出的熔体的流量可以为0.5-10mL/h，由此，可以在较短的时间内得到所需的纤维层810。根据本发明的一些具体实施例，熔体的流量可以为1.5-2.5mL/h。熔炉500的加热温度不受具体限制，只要可以对金属200进行加热并形成熔体即可。具体地，熔炉的加热温度可以为700-1500℃。发明人发现，当熔炉的加热温度越高时，获得的熔体流动性越好，因此，得到的纤维也可以较细。具体地，当温度低于700℃时，难以形成流动性适当的熔体，且对于一些熔点较高的金属而言，温度低于700℃可能会无法获得该金属的熔体。发明人发现，1500℃可令大多数金属形成的熔体均具有较好的流动性。进一步提高温度对提升熔体流动性的作用并不显著，因此当加热温度在1500℃以下时，有利于利用较为温和的条件得到流动性足够的熔体。通过对这些参数进行控制，可使金属200形成的熔体在电场的作用下喷至金属基体100的一侧表面并形成具有直径在30-1000nm的纤维的纤维层810，并且可以进一步提高所得到的电极结构材料的电性能和机械性能。根据本发明的一些具体实施例，当加热温度为1500℃，正高压电压为50千伏时，可得到直径约为30nm的纤维，并得到比表面积高达976m²/g的电极结构材料。当加热温度为700℃，正高压电压为10千伏时，可得到直径约1000nm的金属纤维。

具体地，参考图4，所述金属基体100具有相对的第一表面110和第二表面120，在第一表面110上形成纤维层810之后，将金属基体100的第二表面120朝向喷嘴700的尖端设置在导电极板400上，重复形成纤维层810的操作，在金属基体100的第二表面120上形成第二纤维层820。由此，在金属基体100的第一表面110上和第二表面120上分别形成了纤维层810和第二纤维层820，纤维层810和第二纤维层820具有多根纤维，纤维直径不受具体限制，具体地，根据本发明的一些具体实施例，纤维直径可以为30-1000nm。更具体地，纤维直径可为100-300nm。直径在该范围内的纤维一方面可有效提升电极结构材料的比表面积，另一方面可防止由于纤维直径过小而在化成阶段损失而无法有效提升电极结构材料的比容量。由此，可进一步增大电极结构材料的比表面积并且提高其机械强度，从而可以通过简便的方法提高电极结构材料的比电容以及化成后的折弯强度。

根据本发明的实施例，纤维层810的厚度为20-100μm，若纤维层810的厚度过厚，则会导致形成的电极结构材料整体厚度过厚，也可能会导致纤维层810从金属基体100上脱落，不利于电解电容器的小型化以及稳定性，若纤维层810的厚度过薄，则会导致形成的电极结构材料比表面积小，比容量小，不利于电解电容器的大容量化。具体地，纤维层810的厚度可以为40-60μm。更具体地，纤维层810的厚度可以为50μm。由此，在所述金属基体100的表面形成的纤维层810可进一步提高阳极结构材料的电性能和机械性能。

需要特别说明的是，该方法制备的电极结构材料还可以具有氧化膜，氧化膜至少覆盖金属纤维的部分表面。氧化膜可以是通过化成处理形成的。也即是说，该电极结构材料可以是经过化成处理的。该方法获得的电极结构材料为包括但不限于中压、高压以及超高压化成箔，该方法获得的电极结构材料具有通过电化学腐蚀技术难以实现的高的比容量特性，有利于实现电解电容器小型化。而且，该电极结构材料适用于阀金属(例如铝、钽、铌、钛、锆或铪等)电解电容器中任意一种。本发明的电极结构材料表层具有金属纤维结构，因此与粉末层积技术形成的粉末结构相比有更好的韧性，电极材料的折弯强度也更高。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种电极结构材料，具体地，参考图3，该电极结构材料包括金属基体100和设置在金属基体100表面的纤维层810，该纤维层810具有多根纤维，纤维的直径不超过1000nm。根据本发明的实施例，参考图4，电极结构材料也可以包括金属基体100、纤维层810、第二纤维层820。由此，可进一步提高电极结构材料的比表面积，进而提高化成作用后的比电容。

根据本发明的实施例，该电极结构材料是利用前面所述的方法获得的。该电极结构材料利用前述方法制备得到，具有制备方法简单、对环境友好、节约原材料等优点。而且，纤维层可增大电极结构材料的比表面积，所得到的电极结构材料具备具有较大的比容量和良好的机械性能，适用于制备电解电容器的阳极箔。

在本发明的又一方面，本发明提出了一种电解电容器，根据本发明的实施例，该电解电容器包括：阳极和阴极，阳极包括前面所述的电极结构材料，阴极包括电解质以及导电电极。由此，该电解电容器具有前面所述的电极结构材料具有的全部特征以及优点，在此不再赘述。总的来说，该电解电容器具有较大的比容量、且其阳极具有良好的电性能和机械性能。

下面所描述的实施例，除非另有说明，所有的温度定为摄氏度。所使用的试剂均可以从市场上购得或者可以通过本发明所描述的方法制备而得。

实施例1

首先，将1kg铝锭置于熔融静电纺丝装置的高温熔炉中，设定正高压极板与熔炉远离喷嘴一侧的距离为20cm，导电极板与喷嘴的尖端的距离为25cm，将厚度为30μm的铝箔置于导电极板上，并将导电极板接地，形成密闭空间并向该密闭空间填充氩气。其次，设定熔炉温度为800℃，经过10min的高温搅拌充分熔融备用，正高压选定为25kV，熔体流量设定为1.5mL/h，金属纤维自上而下连续不断地喷射，经过5min的纳米纤维沉积，即可在铝箔正面收集到50μm厚度的铝纳米纤维。采用同样的方法，可以在铝箔的反面收集到50μm厚度的铝纳米纤维。整个纳米纤维铝箔呈“纳米纤维层-铝箔-纳米纤维层”三层结构，其厚度为130μm，实施例1制备的电极结构材料的SEM(扫描电子显微镜)图如图5所示，形成的铝纳米纤维直径约为300nm。

实施例2

其余操作同实施例1，所不同的是：经过4min的纳米纤维沉积，即可在铝箔正面收集到40μm厚度的铝纳米纤维。采用同样的方法，可以在铝箔的反面收集到40μm厚度的铝纳米纤维。整个纳米纤维铝箔呈“纳米纤维层-铝箔-纳米纤维层”三层结构，其厚度为110μm。

实施例3

其余操作同实施例1，所不同的是：经过6min的纳米纤维沉积，即可在铝箔正面收集到60μm厚度的铝纳米纤维。采用同样的方法，可以在铝箔的反面收集到60μm厚度的铝纳米纤维。整个纳米纤维铝箔呈“纳米纤维层-铝箔-纳米纤维层”三层结构，其厚度为150μm。

实施例4

其余操作同实施例1，所不同的是：设定熔炉温度为1000℃，形成的铝纳米纤维直径约为230nm。

实施例5

其余操作同实施例1，所不同的是：设定熔炉温度为1500℃，熔体流量设定为2.5mL/h，形成的铝纳米纤维直径约为120nm。

实施例6

其余操作同实施例1，所不同的是：设定熔炉温度为1500℃，熔体流量设定为2.5mL/h，正高压选定为40kV，形成的铝纳米纤维直径约为75nm。

实施例7

其余操作同实施例1，所不同的是：设定熔炉温度为1500℃，熔体流量设定为2.5mL/h，正高压选定为50kV，形成的铝纳米纤维直径约为30nm。

实施例8

其余操作同实施例1，所不同的是：设定熔炉温度为700℃，熔体流量设定为2.5mL/h，正高压选定为10kV，形成的铝纳米纤维直径约为1000nm。

对比例1

通过电化学腐蚀技术处理铝箔，使用0.6mol/L盐酸和3.5mol/L硫酸作为发孔槽液，温度控制在78℃，对纯度为99.99％的130μm厚的铝箔施加一次腐蚀，平均电流密度为0.45A/cm²，时间为80秒，以使夹心层厚度为7μm左右，随后在72℃的硝酸溶液中扩大孔径，电流密度和时间分别为0.15A/cm²和500秒。

性能测试

通过扫描电子显微镜测试实施例1-8获得的样品的铝纳米纤维的直径，并将实施例1-8以及对比例1获得的样品置于硼酸水溶液中，通过施加520V电压进行阳极化成，测试化成箔的比表面积、520V化成比容以及曲率半径R1.0的抗折弯性能，测试结果如下表1所示，其中静电容量比率(％)为各示例测试获得的静电比容量和对比例1测试获得的静电比容量的比值：

表1电极结构材料性能测试结果

从表1可以看出，实施例1、实施例2、实施例3的其他条件相同，而沉积的纤维层厚度不同，由此，得到的样品中纳米纤维直径相同，比表面积相近，520V化成比容均较高，且520V化成比容随着纤维层厚度的增加而增大。而实施例3的纤维层厚度较厚，得到的折弯强度相对于实施例1和实施例2的样品而言较差，由此可知，沉积的纳米纤维层的厚度不能太厚，太厚会导致化成箔的机械强度的降低。实施例1、实施例4、实施例5的其他条件相同，而熔炉温度不同，且实施例1的熔体流量为1.5mL/h，实施例4和实施例5的熔体流量为2.5mL/h，因实施例4和实施例5的熔炉温度较高，如果熔体流量太小，会导致形成的纤维过细，在后续化成过程中，过细的纤维会被消耗，无法实现增大电极结构材料的比电容的效果。实施例1、实施例4、实施例5相比较，可以看出在其他条件相同时，熔炉温度越高，得到的纳米纤维的直径越小，材料的比表面积越高。实施例5、实施例6、实施例7的其他条件相同，加热温度均采用1500℃，而正高压不同，由表1可知，正高压越高，得到的纳米纤维的直径越小，材料的比表面积越大。实施例7与实施例8其他条件相同，加热温度和正高压不同，实施例7的加热温度和正高压分别为1500℃、50kV，实施例8的加热温度和正高压分别为700℃、10kV，分别得到了直径最小30nm和直径最大1000nm的纳米纤维。对比例1的样品与实施例相比，520V化成比容和折弯强度均较差。总的来说，本发明的方法在金属基体上沉积纤维层，可有效提高得到的电极结构材料的比表面积和机械强度，进而使其化成后得到的化成箔具有更高的比容和折弯强度，该电极结构材料适于用来制备电解电容器的阳极。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“一些具体实施例”、“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方案以及实施例，可以理解的是，上述实施方案、实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方案、实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种制备电极结构材料的方法，其特征在于，包括：

提供金属基体，并将所述金属基体置于导电极板上；

提供金属，并对所述金属进行加热以形成熔体，并令所述熔体在电场的作用下，喷至所述金属基体的一侧表面以形成纤维层，

所述纤维层中具有多根纤维，所述纤维的直径为30-1000nm，

所述加热是将所述金属置于底部具有喷嘴的熔炉中进行的，通过控制所述熔炉的加热温度、所述金属基体与所述喷嘴的尖端的距离、所述喷嘴向所述金属基体喷出的所述熔体的流量以及所述电场的强度，令所述纤维的直径为30-1000nm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述电场进一步包括：

在所述熔炉远离所述喷嘴的一侧设置正高压极板，并令所述载有所述金属基体的所述导电极板接地；

设置所述正高压极板与所述熔炉远离所述喷嘴的一侧的距离，以及

设置所述正高压极板的正高压，以在所述正高压极板和所述导电极板之间形成所述电场。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述熔炉的加热温度为700-1500℃。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正高压极板的正高压为10-50kV。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正高压极板与所述熔炉远离所述喷嘴的一侧的距离为10-40cm。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属基体和与所述喷嘴的尖端的距离为10-30cm。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述喷嘴向所述金属基体喷出的所述熔体的流量为0.5-10mL/h。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属的材料包括铜、铝、锌、铅、锡和镁中的一种或其组合。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属和所述金属基体的材料为铝。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述金属基体的厚度为10-30μm。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属基体具有相对的第一表面和第二表面，在所述第一表面上形成所述纤维层之后，进一步包括：

将所述金属基体的所述第二表面朝向所述喷嘴的尖端设置在所述导电极板上，并重复形成所述纤维层的操作，在所述第二表面形成第二纤维层。

12.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，将所述熔体和所述金属基体置于密闭空间内形成所述纤维层，所述密闭空间内填充有气体，所述气体包括空气或惰性气体。

13.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维层的厚度为20-100μm。

14.一种电极结构材料，其特征在于，包括：

金属基体；和

设置在金属基体表面的纤维层，所述纤维层具有多根纤维，所述纤维的直径不超过1000nm，

所述纤维是对金属进行加热以形成熔体，并令所述熔体在电场的作用下，喷至所述金属基体的一侧表面以形成的，所述加热是将所述金属置于底部具有喷嘴的熔炉中进行的，通过控制所述熔炉的加热温度、所述金属基体与所述喷嘴的尖端的距离、所述喷嘴向所述金属基体喷出的所述熔体的流量以及所述电场的强度，令所述纤维的直径为30-1000nm。

15.根据权利要求14所述的电极结构材料，其特征在于，所述电极结构材料是利用权利要求1-13中任一项所述的方法获得的。

16.一种电解电容器，其特征在于，包括：

阳极，所述阳极包括权利要求14或15所述的电极结构材料；

阴极，所述阴极包括电解质以及导电电极。

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