[发明专利]一种复合多孔碳膜的制备工艺及电容器

说明书

本发明公开了一种复合多孔碳膜的制备工艺以及应用了该碳膜的电容器，该复合多孔碳膜至少具有一层多孔碳层，最好还具有一层密实碳层。多孔碳层具有高比表面积，实现电容的大比容量，且具有三维连通的孔道从而大大降低了离子的传输阻力，提高其电导性能；密实碳层具有阻隔流体的功能，可以防止气体或液体通过，当用作电容内的单极板或双极板时，密实碳层能够阻止电解液从一侧进入另外一侧，防止电容器性能下降或受损。利用该复合多孔碳膜可以把电极板（特别是双极板）做得非常薄，节省设备空间，同时降低电容内阻，提高能效，具有良好的经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及一种碳膜，具体涉及一种复合多孔碳膜的制备工艺，该碳膜可以应用在电容器上；属于新材料技术领域。

背景技术

纳米结构的碳素材料具有低比重、导电性良好、比表面积高、易于表面改性等诸多优点，因而得到了广泛而深入的研究，并在水处理、燃料电池、传感器等众多热门行业中得到应用。目前大部分碳素材料都是以粉末形态存在的，由于个体纳米多孔碳粒子的取向容易改变，会影响通过纳米孔的物质传输，因而产品性能的重现性差，这就大大限制了碳素材料的应用范围。

随着技术的发展，近几年开发出了一些制造块状(或连续体)纳米多孔碳材料的新技术，比如碳凝胶、碳块、碳布、碳膜等，其中，纳米多孔碳膜可以经由硬模板或软模板的方法制备得到，也可以通过化学或物理气相沉积法制得，但是制备工艺或多或少存在原料昂贵、机械强度低、开孔率低、孔取向不可控制等问题，难以实现工业化大批量应用。

电容器件是由两个电极及其间的介质材料构成，通常是利用电解液在两块极板之间的极化与去极化而实现电能的充放循环。高比表面积的电极材料可以提高电容器的比容量，而电解液的选择则根据用途和用户的需求进行决定。常规的高比表面积或高电化学活性电极材料包括：活性炭、纳米多孔碳(粉体)、有序介孔碳、多孔镍、过渡金属氧化物及导电聚合物等。正如前面所述，这些材料大多为粉末状，需要使用粘结剂等技术进行加工处理，使之成型并粘附到集流板(收集电流的板材)上，这些工艺必然会增加电极材料内部或颗粒之间的接触电阻，阻碍部分离子通道，导致充放电时的内阻损耗加大，在快速充放电时产生大量的废热，对电容有很大的负面影响。另外，颗粒材料会导致电极表面不够平整，影响正负极之间的电场分布，甚至产生内部短路现象，危害极大。因此，正负极之间的隔膜性能尤其重要。

申请号为PCT/CA2015/000516(WO 2015135069 A1)的国际申请提出一种新型的纳米多孔碳支架(NCS)膜材料，其具有连续的三位孔道结构，可同时有利于电解质和电子的传导，能够实现100％的表面和孔隙利用率，是一种具有较好应用前景的电极材料。但是，这种NCS膜材料需要粘附到一块额外的集流板上来实现收集电流，这必然会增加加工难度，同时会导致内阻增加等负面影响。

鉴于上述问题，有必要开发一种新的多孔碳膜的制备工艺，解决上述技术问题，使其具有工业化应用的良好前景。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合多孔碳膜的制备工艺及应用了该复合多孔碳膜的电容器，该复合多孔碳膜至少具有一层多孔碳层，最好还复合有密实碳层，该多孔碳层实质上是一个开放的具有相互连通孔(三维连通)的多孔碳基网络，能够实现高效收集电流，避免常规集流板的腐蚀问题，同时大大降低电容的内阻，从而提高了电容的综合性能。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明首先公开了一种复合多孔碳膜的制备工艺，该工艺包括：

(1)制备薄膜A：

a1)形成包含无机材料颗粒、粘接剂a和溶剂的混合浆料；

b1)在基板上形成一层该混合浆料；

c1)除去上述混合浆料层中的溶剂，形成膜层；

d1)从基板上剥离膜层得到薄膜A；