[发明专利]超级电容电池集流体及其表面碳膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容电池，尤其涉及超级电容电池集流体以及在超级电容电池集流体表面沉积碳膜的方法。

背景技术

超级电容电池是近年来出现的一种新型能源器件，与常规电容不同，其容量可达法拉甚至千法拉级，是一种介于电池和电容之间的一种新型能源器件，兼有常规电容能量密度大和电池功率密度高的双重优点，其能量密度远高于常规电容，功率密度远高于普通电池。超级电容电池具有体积小、容量大、充电速度快、放电功率高、寿命长、工作温度宽等优点。由于其具有的独特优势，使超级电容电池在移动通讯、工业、电动汽车、航空航天和国防科技等领域有广泛应用前景。

超级电容电池由电极、电解质、集流体和隔膜四部分组成。在超级电容电池制备流程中，其核心技术是电极材料和电极的制备，电极材料主要有碳材料、金属氧化物材料和导电聚合物材料。通常，电极制备方法是将电极材料、导电剂、粘结剂制备成水/无水乙醇浆料后直接将其涂覆在集流体表面，或将浆料烘干并在轧膜机上压制成一定厚度电极片后将其在压贴在集流体表面，再经过切割、铆接引线后，按照正极、隔膜、负极、隔膜的顺序组装超级电容电池芯。

高内阻是限制超级电容电池充放电功率的一个主要原因，高内阻无法满足超级电容电池对高能量密度、高功率密度的使用要求，且使超级电容电池寿命降低。电极涂覆层与集流体之间接触电阻是超级电容电池内阻主要来源之一。另外，目前制备超级电容电池正负极普遍使用的集流体是镍，这种结构的超级电容电池工作电压偏小。为提高超级电容电池工作电压，公告号为CN1348596A的中国发明专利申请公开了一种氢氧化镍/碳超级电容电池制备方法，该专利申请中，以镍作为集流体材料，为提高电容工作电压，在负极集流体表面镀银、金等涂层，该方法虽然显著提高了超级电容电池工作电压，但是在集流体表面镀贵金属元素提高了其制备成本，限制了其商业化应用。美国专利US6804108公开了一种电极制备方法，其电极由两层组成，第一层为与集流体结合的导电层，第二层为含有活性物质的电极材料。该方法对于降低超级电容电池内阻具有一定作用，但仍然有集流体与涂覆层厚度大、结合强度低、使用寿命难以有效保证的问题。

针对现有技术存在的问题，实有必要对超级电容电池集流体表面进行改性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种集流体表面碳膜制备方法，以提高集流体的使用性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供的集流体表面碳膜制备方法，包括：

S100，超声波清洗集流体步骤；

S200，离子清洗集流体步骤；以及

S300，采用射频等离子增强化学气相沉积(RF-PECVD)工艺在集流体表面沉积厚度为0.2～0.6um碳膜步骤。

上述的方法，其中，在步骤S100中，包括步骤：

S110，将集流体依次经过清洁剂、自来水、丙酮和去离子水进行超声波清洗；以及

S120，将经过超声波清洗后的集流体在烘箱中烘干并装卡在化学气相沉积真空室的旋转支架上。

上述的方法，其中，步骤S110中，包括步骤：

S111，采用加有清洁剂的自来水超声波清洗10～15min，去除集流体表面油污；

S112，用流动的自来水冲洗集流体表面残留的清洁剂；

S113，依次采用丙酮和去离子水分别超声波清洗10～15min，去除集流体表面残留的污渍。

上述的方法，其中，在步骤S200中，包括步骤：

S210，对所述化学气相沉积真空室抽真空至2～5×10^-1Pa，然后向真空室通入Ar气；

S220，在真空室压力为2～5Pa时开启旋转支架和射频电源，在射频功率为100～300W时产生的大量氩离子对集流体表面进行轰击、清洗10～15min。

上述的方法，其中，所述步骤S300中，包括步骤：

S310，在真空室压力为2～5×10^-1Pa时向真空室内通入Ar气和CH₄；

S320，真空室压力为3～15Pa时开启射频电源，在射频功率150～300W，集流体直流偏压为-1500V～-200V下沉积20～60min。

上述的方法，其中，在步骤S310中，通入的Ar气流量为20～50sccm标况毫升每分(standard-state cubic centimeter per minute，简称sccm)，CH4流量为4～25sccm。

上述的方法，其中，在S320步骤中，集流体温度不高于80℃。