CN113593910B - 一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,将球形铝粉、粘合剂和溶剂混合均匀,形成铝粉浆料;将石墨烯或石墨烯分散液加入到铝粉浆料中,得到混合浆料;将混合浆料涂覆在铝箔上,得到初始涂浆铝箔;将初始涂浆铝箔在惰性气体中进行烧结处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔;将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。本发明中对铝粉进行了石墨烯包覆处理,石墨烯作为二维材料具有超高比表面积的特性,在烧结过程中加入石墨烯有利于铝粉间的接触,从而改善烧结性能,且石墨烯/Al2O3复合结构具有高介电常数。
Description
技术领域
本发明属于铝电解电容器领域,具体涉及一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔及制备方法。
背景技术
铝电解电容器是一种电路系统中极其重要的电子元件,在电路中起到滤波、旁路、耦合、退耦和储能等作用,以其单位体积比容量大、工作电场强度高、自愈特性、价格低廉的特点,被广泛应用于家用电器、汽车电子、工业控制、医用电子、军用电子和航空航天等领域。近年来,随着信息技术和绿色新能源技术的不断发展,对铝电解电容器的性能要求越来越高,促使铝电解电容器向小型化、高可靠发展,这一发展趋势对铝电解电容器的比容提出了更高要求。由于铝电解电容器的容量主要由其阳极箔提供,所以铝电解电容器小型化最直接、最有效的方式就是提高铝电解电容器阳极箔的比容量,这也是近几年铝电解电容器的研究热点。
在铝电解电容器行业的发展过程中,对于提高电解电容器阳极箔的比容量方面已经有广泛深入的研究,现有腐蚀工艺的扩面倍率已经越来越接近理论极限,而基于铝粉增材制造思路的烧结式阳极箔在简立方模型下的理论比容量相比同厚度腐蚀箔可提高40%,表明铝粉烧结式阳极箔具有非常好的应用前景。在烧结工艺中,既要保证铝粉能够微熔以使彼此间粘合,也要避免铝粉过度熔融以保证烧结箔的比表面积,但目前的烧结工艺无法保证铝粉的烧结效果。
发明内容
针对烧结式铝电解电容器阳极箔的工艺需进一步完善以提升烧结箔的性能的问题,本发明提出一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔及制备方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,包括以下步骤:
1)将球形铝粉、粘合剂和溶剂混合均匀,形成铝粉浆料;
2)将石墨烯或石墨烯分散液加入到步骤1)制得的铝粉浆料中,混合均匀,得到混合浆料;其中,石墨烯的质量为混合浆料质量的0.1‰-1%。
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在铝箔上,烘干,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在惰性气体中进行烧结处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔;
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中,溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中,粘合剂为聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、环氧树脂、聚乙烯醇、淀粉与聚苯乙烯的一种或几种。
本发明进一步的改进在于,步骤1)中,球形铝粉的粒径为0.5-5μm。
本发明进一步的改进在于,步骤2)中,石墨烯分散液将是石墨烯加入到1-甲基-2-吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种中制得。
本发明进一步的改进在于,步骤4)中烧结处理过程分为3个阶段:
第一阶段:将初始涂浆铝箔在100-200℃下处理1-5小时以排除溶剂;
第二阶段:将排除溶剂后的铝箔在300-450℃下处理1-5小时以排除粘合剂;
第三阶段:将排除粘合剂后的铝箔在500-660℃下处理1-6小时以进行铝粉烧结,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
本发明进一步的改进在于,步骤5)中,将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理的具体过程如下:
5.1)将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在80-100℃的水中水煮10s-25min;
5.2)将水煮后的电极箔置于形成液中进行形成过程,然后进行1-3min的第一次退火;
5.3)将退火后的电极箔置于形成液中再次进行第一次补形成,然后进行1-3min的二次退火;
5.4)将二次退火后的电极箔置于形成液中进行第二次补形成,然后置于包括含磷的酸和/或含磷的盐的水溶液中进行浸泡30s-5min。
本发明进一步的改进在于,含磷的酸为磷酸、次磷酸、亚磷酸与次亚磷酸中的一种或几种;
含磷的盐为亚磷酸铵、次亚磷酸铵、磷酸氢二铵与磷酸二氢铵中的一种或几种;
包括含磷的酸和/或含磷的盐的水溶液中溶质的总质量浓度为0.1-5%的水溶液;
步骤5.2)中进行形成过程时,步骤5.3)中进行第一次补形成时,以及步骤5.4)中进行第二次补形成时,均以电流密度为10-50mA/cm2从0V升到10V-900V,然后进行2-15min的恒压降流过程。
本发明进一步的改进在于,步骤5.2)、步骤5.3)、步骤5.4)中形成液为己二酸铵、辛二酸铵、癸二酸铵、硼酸、五硼酸铵与四硼酸钠的一种或几种的水溶液,水溶液中溶质的总的质量浓度为1-15%。
一种根据上述方法制备的石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明中制备混合浆料时,需要控制石墨烯的质量含量在合适的范围,石墨烯含量太少不足以实现阳极箔性能优化,石墨烯过量一方面会阻碍阴离子和阳离子穿过电极和电解液的界面,导致阳极氧化膜的形成效率降低;一方面会导致电子运动增强使阳极氧化膜的介电性能下降。所以发明中,石墨烯占混合浆料的质量分数为0.1‰-1%为合适的范围。本发明中对铝粉进行了石墨烯包覆处理,石墨烯作为二维材料具有超高比表面积的特性,在烧结过程中加入石墨烯有利于铝粉间的接触,从而改善烧结性能,且石墨烯/Al2O3复合结构具有高介电常数。本发明中将铝粉烧结到铝箔表面,与传统腐蚀工艺相比,铝粉与其他材料的复合过程更加容易实现,而且复合更为充分,因此烧结式阳极箔更容易实现石墨烯的包覆。本发明中将石墨烯加入烧结式阳极箔,对改善阳极箔的性能具有重要意义。
进一步的,烧结时,将球形铝粉制成铝粉浆料,采用球磨使其均匀的分散在溶剂中,以保证涂覆的铝粉浆料均匀性。然后将其直接涂覆在铝箔上,通过接近铝的熔点温度的烧结过程使铝粉与铝箔基底之间以及铝粉和铝粉之间产生微熔的状态,相互有效的结合在一起,并且留有一定的孔隙。最后按对电极箔进行阳极氧化处理。由于石墨烯材料的结构和性能特殊,在不同的溶剂或分散液中,石墨烯和铝粉表面表现出不同的电位,如果在某种溶剂或分散液中,石墨烯和铝粉表面表现出的电位相反,则表明在此溶剂或分散液中两者可以有效结合,本发明中在1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯、正丁醇等溶剂中,石墨烯和铝粉可有效结合,因此这几种材料可作为浆料溶剂。
进一步的,制备混合浆料时,本发明中将聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素、环氧树脂、聚乙烯醇、淀粉、聚苯乙烯的一种或几种可作为粘合剂,能够将铝粉粘结在一起。
进一步的,在烧结过程中,需要控制合适的温度,以排除溶剂和添加剂材料,使最终得到的电极箔只含有铝和石墨烯,避免其他材料对电极箔的影响。因此,需要将烧结过程分为三个阶段,按照溶剂和粘合剂的不同物理特性,在不同温度下分别除去溶剂和粘合剂,最后在较高温度下实现铝粉的烧结。
进一步的,在电极箔的阳极氧化过程之前,需要将电极箔进行水煮,水煮是为了在电极箔表面形成水合膜,在阳极氧化过程中,水合膜可以较快地转化为介质膜,提高阳极氧化效率,形成电压越高,水煮时间越长。
进一步的,本发明中在第二次补形成之后,将阳极箔置于磷酸、次磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、磷酸氢二铵与磷酸二氢铵中的一种或几种的水溶液中进行浸泡30s-5min。采用的磷酸类物质会在铝氧化膜形成钝化层,在电容器工作过程中,钝化层会阻挡水及其他物质进入氧化膜,以提升氧化膜的耐水合性,进而提升电解电容器的工作寿命。
附图说明
图1为实施例1制备石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔的SEM微观形貌。
具体实施方式
下面通过具体实施例对比本发明进行详细说明。
一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,对铝粉烧结式阳极箔进行了石墨烯包覆处理,具体包括以下步骤:
1)通过制浆工艺将球形铝粉、粘合剂和溶剂混合,通过高速球磨使球形铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
其中,溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种;
粘合剂为聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素、环氧树脂、聚乙烯醇、淀粉与聚苯乙烯的一种或几种。
本发明中采用的球形铝粉的粒径在0.5-5μm之间。
2)将石墨烯或石墨烯分散液加入到步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料;其中,步骤2)中石墨烯占混合浆料的质量分数为0.1‰-1%。
石墨烯分散液将是石墨烯加入到溶剂中制得,溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N-N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔进行烧结处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔;其中,烧结处理在惰性气体中进行,烧结处理过程分为3个阶段:
第一阶段:将初始涂浆铝箔在100-200℃下处理1-5小时以排除溶剂;
第二阶段:将排除溶剂后的铝箔在300-450℃下处理1-5小时以排除粘合剂;
第三阶段:将排除粘合剂后的铝箔在500-660℃下处理1-6小时以进行铝粉烧结,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。
其中,阳极氧化处理的具体过程如下:
5.1)将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在80-100℃的沸水中水煮10s-25min;
5.2)将水煮后的电极箔置于形成液中进行形成过程,然后在550℃下进行1-3min的第一次退火;
5.3)将退火后的电极箔置于形成液中再次进行第一次补形成,然后在550℃下进行1-3min的二次退火;
5.4)将二次退火后的电极箔置于形成液中进行第二次补形成,然后置于含磷的酸的水溶液和/或含磷的盐的水溶液中进行浸泡30s-5min。
含磷的酸为磷酸、次磷酸、亚磷酸与次亚磷酸中的一种或几种。
含磷的盐为亚磷酸铵、次亚磷酸铵、磷酸氢二铵与磷酸二氢铵中的一种或几种。
包括含磷的酸和/或含磷的盐的水溶液中溶质的总质量浓度为0.1-5%的水溶液。
步骤5.2)中进行形成过程时,步骤5.3)中进行第一次补形成时,以及步骤5.4)中进行第二次补形成时,均以电流密度为10-50mA/cm2从0V升到到达电压10V-900V,然后进行2-15min的恒压降流过程。
步骤5.2)、步骤5.3)、步骤5.4)中形成液为己二酸铵、辛二酸铵、癸二酸铵、硼酸、五硼酸铵与四硼酸钠的一种或几种的水溶液,水溶液中溶质的总的质量浓度为1-15%。
实施例1
1)制浆工艺的溶剂为NMP,粘合剂为PVDF,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.15g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将1mL石墨烯的NMP分散液加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为1%;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在120℃下烧结处理5小时,然后在420℃下烧结处理2小时,最后在640℃下烧结处理4小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在80℃沸水中水煮10s;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行形成过程,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行1min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第一次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行1min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第二次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为3%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡30s,得到烧结式阳极箔。
参见图1,由图1可以看出,图1中的画圈的地方可以看出石墨烯包覆,通过本发明所述的石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,制备出的阳极箔,经过高温烧结后,铝粉表面发生了微熔,使铝粉之间有效结合在一起,而且烧结过程保持了大部分铝粉原有球形形貌,并在铝粉之间留有充分的孔隙,保证了铝箔的比表面积。在SEM图中可以观察到球形铝粉表面包覆石墨烯,说明即使经过高温烧结,石墨烯依然可以充分包覆在球形铝粉表面。这为阳极氧化过程中形成石墨烯/Al2O3复合膜创造了有利条件。
对比例1
1)制浆工艺的溶剂为NMP,粘合剂为PVDF,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.15g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将步骤1)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
3)将步骤2)制得的初始涂浆铝箔在120℃下烧结处理5小时,然后在420℃下烧结处理2小时,最后在640℃下烧结处理4小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
4)将步骤3)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在80℃沸水中水煮10s;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行形成过程,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行1min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第一次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行1min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第二次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为3%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡30s,得到烧结式阳极箔。
表1 实施例1和对比例1制备的烧结式阳极箔性能对比
由表1的结果可知,在烧结过程中添加石墨烯可使阳极箔的耐压、比容提升,从而提升阳极箔的CV积,同时可降低阳极箔的损耗角正切值,均体现了石墨烯包覆对阳极箔性能的改善效果。
实施例2
1)制浆工艺的溶剂为DMF,粘合剂为环氧树脂,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.2g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将1mL石墨烯的DMF分散液加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为0.1%;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在100℃下烧结处理1小时,然后在300℃下烧结处理1小时,最后在500℃下烧结处理1小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在100℃沸水中水煮2min;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为1%的癸二酸铵溶液中进行形成过程,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行2min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为1%的癸二酸铵溶液中进行第一次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行2min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为1%的癸二酸铵溶液中进行第二次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为5%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡2min,得到烧结式阳极箔。
实施例3
1)制浆工艺的溶剂为NMP和γ-丁内酯体积比1:1的混合溶剂,粘合剂为PVDF和环氧树脂质量比1:1的混合物,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.2g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将1mL石墨烯的NMP和γ-丁内酯混合分散液加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为0.1‰;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在200℃下烧结处理4小时,然后在450℃下烧结处理1小时,最后在660℃下烧结处理2小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在90℃沸水中水煮5min;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为15%的辛二酸铵溶液中进行形成过程,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行2min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为15%的辛二酸铵溶液中进行第一次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行2min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为15%的辛二酸铵溶液中进行第二次补形成,到达电压为200V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为0.1%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡2min,得到烧结式阳极箔。
实施例4
1)制浆工艺的溶剂为NMP和正丁醇的体积比1:1的混合溶剂,粘合剂为羧甲基纤维素、聚乙烯醇、淀粉和聚苯乙烯质量比2:2:1:1的混合物,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.15g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将1mL石墨烯的正丁醇分散液加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为1‰;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在200℃下烧结处理5小时,然后在450℃下烧结处理5小时,最后在600℃下烧结处理6小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在85℃沸水中水煮5min;
步骤二:将水煮后的电极箔置于硼酸、五硼酸铵和四硼酸钠的混合溶液中进行形成过程,到达电压为400V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;其中,混合溶液中硼酸的质量分数为10%,五硼酸铵的质量分数为0.1%,四硼酸钠的质量分数为0.1%。
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行3min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于硼酸、五硼酸铵和四硼酸钠的混合溶液中进行第一次补形成,到达电压为400V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;其中,混合溶液中硼酸的质量分数为10%,五硼酸铵的质量分数为0.1%,四硼酸钠的质量分数为0.1%。
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行3min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于硼酸、五硼酸铵和四硼酸钠的混合溶液中进行第二次补形成,到达电压为400V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;其中,混合溶液中硼酸的质量分数为10%,五硼酸铵的质量分数为0.1%,四硼酸钠的质量分数为0.1%。
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于磷酸、次磷酸、亚磷酸、次亚磷酸、亚磷酸铵、次亚磷酸铵、磷酸氢二铵与磷酸二氢铵的混合水溶液中浸泡5min,得到烧结式阳极箔。其中,混合水溶液中,磷酸的质量分数为0.5%,次磷酸的质量分数为0.5%,亚磷酸的质量分数为0.5%,次亚磷酸的质量分数为0.5%,亚磷酸铵的质量分数为0.5%,次亚磷酸铵的质量分数为0.5%,磷酸氢二铵的质量分数为0.5%,磷酸二氢铵的质量分数为0.5%。
实施例5
1)制浆工艺的溶剂为NMP,粘合剂为PVDF,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.15g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将石墨烯加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为0.4%;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在120℃下烧结处理5小时,然后在420℃下烧结处理2小时,最后在640℃下烧结处理4小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在95℃沸水中水煮10s;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行形成过程,到达电压为4V,以电流密度为10mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理10min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行1min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第一次补形成,到达电压为4V,以电流密度为10mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行1min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为10%的己二酸铵溶液中进行第二次补形成,到达电压为4V,以电流密度为50mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为3%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡30s,得到烧结式阳极箔。
实施例6
1)制浆工艺的溶剂为NMP,粘合剂为PVDF,将1.5g铝粉与2mL溶剂和0.15g粘合剂混合,通过高速球磨使铝粉分散在溶剂中,形成铝粉浆料;
2)将1mL石墨烯的NMP分散液加入步骤1)制得的铝粉浆料中,高速球磨后使石墨烯在浆料中均匀分散,得到混合浆料,石墨烯占混合浆料的质量分数为0.5%;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在高纯光铝箔上,涂覆后在真空进行烘干处理,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在160℃下烧结处理3小时,然后在350℃下烧结处理5小时,最后在550℃下烧结处理3小时,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔。
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。阳极氧化步骤为:
步骤一:将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在100℃沸水中水煮25min;
步骤二:将水煮后的电极箔置于质量分数为10%的硼酸溶液中进行形成过程,到达电压为900V,以电流密度为30mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理15min;
步骤三:将步骤二形成后的电极箔在550℃下进行1min的第一次退火;
步骤四:将步骤三退火后的电极箔置于质量分数为10%的硼酸溶液中进行第一次补形成,到达电压为900V,以电流密度为30mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理5min;
步骤五:将步骤四补形成后的电极箔在550℃下进行1min的第二次退火;
步骤六:将步骤五退火后的电极箔置于质量分数为10%的硼酸溶液中进行第二次补形成,到达电压为900V,以电流密度为30mA/cm2的速率升到到达电压后,恒压处理2min;
步骤七:将步骤六第二次补形成后的电极箔置于质量分数为5%的磷酸二氢铵水溶液中浸泡5min,得到烧结式阳极箔。
Claims (8)
1.一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将球形铝粉、粘合剂和溶剂混合均匀,形成铝粉浆料;其中,溶剂为1-甲基-2-吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种;
2)将石墨烯或石墨烯分散液加入到步骤1)制得的铝粉浆料中,混合均匀,得到混合浆料;其中,石墨烯的质量为混合浆料质量的0.1‰-1%;
3)将步骤2)制得的混合浆料涂覆在铝箔上,烘干,得到初始涂浆铝箔;
4)将步骤3)制得的初始涂浆铝箔在惰性气体中进行烧结处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔;其中,烧结处理过程分为3个阶段:
第一阶段:将初始涂浆铝箔在100-200℃下处理1-5小时以排除溶剂;
第二阶段:将排除溶剂后的铝箔在300-450℃下处理1-5小时以排除粘合剂;
第三阶段:将排除粘合剂后的铝箔在500-660℃下处理1-6小时以进行铝粉烧结,得到石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔;
5)将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理,得到石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,步骤1)中,粘合剂为聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、环氧树脂、聚乙烯醇、淀粉与聚苯乙烯的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,步骤1)中,球形铝粉的粒径为0.5-5μm。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,步骤2)中,石墨烯分散液将是石墨烯加入到1-甲基-2-吡咯烷酮、N-N-二甲基甲酰胺、γ-丁内酯与正丁醇的一种或几种中制得。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,步骤5)中,将步骤4)制得的石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔进行阳极氧化处理的具体过程如下:
5.1)将石墨烯包覆铝粉烧结式多孔电极箔在80-100℃的水中水煮10s-25min;
5.2)将水煮后的电极箔置于形成液中进行形成过程,然后进行1-3min的第一次退火;
5.3)将退火后的电极箔置于形成液中再次进行第一次补形成,然后进行1-3min的二次退火;
5.4)将二次退火后的电极箔置于形成液中进行第二次补形成,然后置于包括含磷的酸和/或含磷的盐的水溶液中进行浸泡30s-5min。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,含磷的酸为磷酸、次磷酸、亚磷酸与次亚磷酸中的一种或几种;
含磷的盐为亚磷酸铵、次亚磷酸铵、磷酸氢二铵与磷酸二氢铵中的一种或几种;
包括含磷的酸和/或含磷的盐的水溶液中溶质的总质量浓度为0.1-5%的水溶液;
步骤5.2)中进行形成过程时,步骤5.3)中进行第一次补形成时,以及步骤5.4)中进行第二次补形成时,均以电流密度为10-50mA/cm2从0V升到10V-900V,然后进行2-15min的恒压降流过程。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔的制备方法,其特征在于,步骤5.2)、步骤5.3)、步骤5.4)中形成液为己二酸铵、辛二酸铵、癸二酸铵、硼酸、五硼酸铵与四硼酸钠的一种或几种的水溶液,水溶液中溶质的总的质量浓度为1-15%。
8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述方法制备的石墨烯包覆铝粉烧结式电解电容器阳极箔。
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