[发明专利]一种超级电容器集流体表面电火花嵌碳的改性处理方法

说明书

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表面电火花嵌碳的改性处理方法。

背景技术

超级电容器是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器。当外加电压加到超级电容器的两个极板上时，与普通电容器一样，极板的正电极存储正电荷，负极板存储负电荷，在超级电容器的两极板上电荷产生的电场作用下，在电解液与电极间的界面上形成相反的电荷，以平衡电解液的内电场，这种正电荷与负电荷在两个不同相之间的接触面上，以正负电荷之间极短间隙排列在相反的位置上，这个电荷分布层叫做双电层，因此电容量非常大。.超级电容器的特性有充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95%以上；循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次；能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90%；可达300W/KG～5000W/KG，相当于电池的5～10倍。

如图1所示。集流体作为超级电容器的重要部分，其主要作用就是汇集电流，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库仑效率，形成较大电流对外输出，所以集流体导电性越好超级电容器性能就越好。

在有机电解液电容器中，通常以铝箔作为集流体，在集流体上制备有电极活性物质，因为铝材料有着较高的电导率（为铜电导率的2/3）和较低的价格。但是纯铝在空气中极易氧化，在铝箔集流体的表面容易形成一层薄的氧化铝薄膜，这层薄膜导电性很差，使得电容器的集流体和电极活性物质之间的接触电阻增大，降低了电容器的能量和功率的输出。所以需要对铝箔进行一步处理来改善其导电性能。

发明内容

本发明提供了一种超级电容器集流体表面电火花嵌碳的改性处理方法，为了增加集流体的导电性，减小其内阻，减小超级电容器最大比电容量的循环下降率。

本发明所述的一种超级电容器集流体表面电火花嵌碳的改性处理方法，其步骤如下：

1）以18～25微米厚的铝箔为集流体，先用砂纸打磨铝箔表面，去除氧化层；再用酒精棉擦拭铝箔表面，使其清洁，干燥后裁剪到适合超级电容器大小的尺寸；

2）采用电火花放电技术，以石墨棒为电火花工作机的导电电极A（电极规格），以步骤1）处理后的铝箔作为电火花工作机的另一个电极B；工作电源220V，工作电流1～2.5A，频率50Hz，工作功率在80W～120W，振动频率为200～600Hz，电极移动速度为0.008～0.05米/秒；石墨电极在铝箔表面密集放电，使铝箔表面的嵌碳面积比率在60%～85%，在集流体铝箔表面制备平均厚18～25微米的石墨强化层，从而完成对超级电容器集流体表面的改性处理。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）本发明是将碳棒所具有的碳材料移镀到铝箔表面，集流体是用超薄铝箔（18～25微米）制作而成，铝箔表面嵌碳，不仅提高了集流体的导电性，还提高金属箔表面的硬度、耐蚀性、耐磨性。

（2）本发明制备的集流体更能促进集流体在锂离子电池电极处的收集电子特性，降低了锂离子电池的内阻；表面变得粗糙，增加了集流体表面面积，碳层表面拥有许多孔可以充分与活性材料结合在一起，使其不易脱落，增加了超级电容器的使用寿命。

（3）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，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：现有电容器结构示意图；

各部分名称为：集流体1、电极2、电解液3和隔离物4；

图2：实施例1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；

图3：实施例2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。

具体实施方式

实施例1

在移镀石墨颗粒之前需要对铝箔表面进行简单的处理，用砂纸轻微打磨一遍（为了简单处理铝箔表面氧化层），然后用酒精棉擦拭铝箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。实验前需要将铝箔裁剪一定尺寸的面积（16×9mm）。