[发明专利]一种制备镍铜的硫、氧化合物复合薄膜电极的方法

说明书

本发明涉及一种制备镍铜的硫、氧化合物复合薄膜电极的方法。采用低温硫氧化循环处理，薄膜电极制备分两步，首先制备表面镀覆镍铜磷合金镀层的集流体，包括铁箔除油、水洗、酸洗、水洗、化学镀镍铜磷、水洗、干燥工序；第二步制备复合薄膜电极，包括集流体浸泡过饱和硫化物溶液、低温硫氧化循环处理工序。制备的复合薄膜电极用于超级电容器电极时，具有内阻小、耐热耐蚀性好、比电容高、电极材料薄膜与集流体间结合力高等优点。制备的复合薄膜电极比电容达1.49 F/cm²。本发明提供的低温硫氧化循环处理方法具有投资少、工艺操作简单、重复性好和适合产业化生产等特点。

技术领域

本发明属于二维薄膜电极材料制备技术领域，特别涉及一种低温硫氧化循环处理制备镍铜的硫、氧化合物复合薄膜电极的方法。

背景技术

超级电容器因具有功率密度高，循环稳定好和可快速充放电等特点，在智能电网、新能源汽车、太阳能和风能发电、消费电子等领域存在广泛的应用前景。电极是超级电容器的核心部件，因而新型电极材料开发是超级电容器技术主要研究方向。贵金属氧化物电极制造的超级电容器虽已在军工等领域获得成功应用，但其昂贵的价格限制了其在民用领域的推广应用。尽管研究表明，廉价的过渡族金属氧化物和硫化物均具有较高的比电容和电荷存储能力，但其离实际工程应用尚有一定差距。

目前报道的过渡族金属氧化物和硫化物电极的制备以水热反应法为主，该电极制备方法存在工艺过程复杂，工序多，及制备的电极重复性较差等不足，此外，目前文献报道的测试电极中活性物质含量均很低，当增加测试电极中的活性物质含量时，电极的比电容会急剧下降，这导致尽管文献报道的电极的质量比电容已接近氧化物电极的理论质量比电容，但其面积比电容并不是很高，对于实际电容器，其电极面积是一定的，较小的面积比电容意味着难以制造出大电容的超级电容器。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种低温硫氧化循环处理制备镍铜的硫、氧化合物复合薄膜电极方法，具体包括以下步骤：

（1）集流体基体预处理：将集流体基体进行除油、水洗、酸洗和水洗处理；

（2）集流体制备：采用化学镀技术在预处理的集流体基体表面均匀镀覆镍铜磷合金镀层，然后水洗，干燥；

（3）集流体表面涂覆硫化物溶液：采用浸泡法，将上述集流体浸泡在过饱和硫化物溶液中，使其表面均匀涂覆硫化物液膜；

（4）低温硫氧化循环处理：将表面均匀涂覆硫化物液膜的集流体悬挂在空气为加热介质的加热设备内，在190℃温度下进行第一次低温硫氧化处理，处理1小时，处理结束后取出冷却到室温，然后再次浸泡过饱和硫化物溶液使其均匀涂覆硫化物溶液，接着在同样温度下进行第二次低温硫氧化处理，处理1小时，结束后取出冷却，即得到镍铜的硫、氧化合物复合薄膜电极。

步骤（1）中所述的集流体基体优选纯铁箔，但不仅限于纯铁箔，还包括金属镍箔、泡沫镍、不锈钢箔、铜箔等导电性能良好的金属或导电性良好的非金属，如碳材料。

步骤（2）中所述的化学镀镍铜磷合金镀液为高温碱性镀液，化学镀温度为（82±1）℃，化学镀时间为30 ~ 120分钟，优选30分钟。镍铜磷合金镀层中镍、铜和磷的质量分数范围依次为30% ~ 50%、40% ~ 64%和6% ~ 10%，优选的质量分数依次为47.08%、46.57%和6.35%。镍铜磷合金镀层中镍和铜元素参与硫氧化处理时的化学反应，是形成复合薄膜电极中镍铜的硫、氧化合物的合金元素。

步骤（3）中所述的过饱和硫化物溶液，其中的硫参与硫氧化处理时的化学反应，是形成镍铜的硫、氧化合物复合薄膜的成膜元素；集流体在过饱和硫化物溶液中的浸泡时间为1 ~ 2分钟。上述所述过饱和硫化物溶液，优选过饱和硫化钠溶液，但不仅限于过饱和硫化钠溶液，也可为其它可溶性的过饱和硫化物溶液，如过饱和硫化钾和硫化铵溶液等。