[发明专利]一种柔性集流体

说明书

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及一类集流体材料的构造。

背景技术

近年来，随着电子技术的飞速发展，新的电子产品不断出现，电池、超级电容器市场也不断扩大。特别是超级电容器和电池结合用于电动汽车，可以为汽车发动机的启动提供更强大和更可靠的系统，并且能存储刹车时的能量，再次用于下次加速和支持加速中。为了在电动工具、电动汽车等领域得到更广泛的应用，这些电池、超级电容器的功率密度和能量密度都需要进一步的提高。通常电池、超级电容器由电极、电解质、隔膜、集流体、外壳等组装而成。制约电池、超级电容器的主要因素有电极材料的储能能力；电极材料的成本；电极、集流体、外壳材料的重量和体积等因素。因此增加低成本电极材料储能性能和降低器件各组成材料的重量和体积可有效提高器件性能。国内外一些研究单位和企业的开发和研究目前是以电极材料的研发为主，目前性能还不能满足实用化要求。

电池可提供较高能量密度，但功率密度低，存在体积、重量大的问题。超级电容器电极材料的研究主要是采用高容量活性物质来提高能量密度，但成本高，效果不理想。如00136008.6公开了将活性炭(或活性炭纤维)与纳米碳管复合，作为超大容量电容器电极材料来提高活性物质能量密度，但所得电容器的性能还不能满足电动汽车等实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性集流体并应用于电池、超级电容器储能器件，通过降低储能器件的重量和体积来解决现有电池、超级电容器储能器件存在的能量密度和功率密度低的问题，从而提高储能器件的性能。

本发明的技术方案是：

本发明提供的柔性集流体，是由支撑层/导电层组成，支撑层是低密度、强度高、耐腐蚀、可卷绕的有机薄膜材料，厚度为10～100μm。导电层是1～500层复合导电薄膜材料，厚度为10nm～10μm。导电层材料是镍、铂、金、钌、钴或锰金属薄膜材料；或为RuO₂、NiO、TiO₂、SnO₂、ZrO₂、V₂O₅或MnO₂过渡金属氧化物薄膜材料；或为聚苯胺、聚聚吡咯或聚噻吩导电聚合物材料薄膜材料。导电层采取脉冲磁控溅射技术镀膜于支撑层，制备材料、厚度可控的复合集流体。采用导电层材料为靶源，以有机薄膜为支撑层，靶与支撑层垂直距离为20～90mm。镀膜腔内背底真空度为1×10^-4～1×10^-5Pa，支撑层温度控制在30℃～300℃。以氧气-氩气混合气体为工作气体，氧气-氩气气压比为5％～40％；调节起辉气压为0.5～3.5Pa，溅射功率为80～300W，脉冲频率为10kHz～100kHz，给偏压50～200V。利用计算机控制镀膜过程，通过旋转靶以及控制其溅射时间，在支撑层上制备1～500层薄膜，每层膜溅射时间为2～30s，每层薄膜厚度为10～200纳米。

实施本发明技术方案所采用的制备工艺过程为：安装靶与支撑层→抽真空→支撑层加热→充工作气体→镀膜参数调节→镀膜→关机→放大气→取样。

本发明的效果益处是：

采用脉冲磁控溅射技术制备的柔性集流体，以低密度、可卷绕的有机薄膜为支撑层，在其上镀膜，可大幅度减小器件重量和体积，从而提高电池、超级电容器等储能器件的性能，同时这种柔性集流体有很好的成型性。

具体实施方式

以下结合技术方案，详细叙述本发明的具体实施方式：

步骤1靶与支撑层的选择与安装

选择靶安装在脉冲磁控溅射镀膜腔内下方靶座上；以有机薄膜为支撑层，安装在镀膜腔内上方中央位置，与靶的垂直距离为20～90mm。

步骤2抽真空与支撑层加热

首先启动机械泵，15～40分钟后，当镀膜腔内气压小于30Pa时，依次打开电磁阀与分子泵，关掉旁抽阀，打开闸板阀；40～70分钟后，当气压达到～10^-3Pa时，启动加热电源，从小到大慢调电流(I_max＝11.5A)，提高加热速率。背底真空度为1×10^-4～1×10^-5Pa，支撑层温度控制在30℃～300℃。

步骤3充工作气体与镀膜参数调节