[发明专利]一种镀碳多孔铝集流体的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镀碳多孔铝集流体的制备装置及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述制备方法涉及一种集磁过滤、弧光放电激发和等离子沉积于一体的特殊装置，将sp²碳牢固地沉积在多孔铝的表面，形成高质量的碳涂层，大大提高了三维多孔铝（3D Al）的表面导电性和抗腐蚀性能，从而有效改善电池的整体性能和延长使用寿命。本发明提出的制备方法操作简单，易于规模化，具有巨大的实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种镀碳多孔铝集流体的制备装置及其方法，属于电池集流体制备技术领域。

背景技术

使用多孔铝替代平面铝箔作为锂离子电池的正极集流体，以及钠离子电池及钾离子电池的正极和负极集流体，可以有效提高电池倍率性能、循环寿命和整体电池能量密度。然而，多孔铝集流体巨大的比表面积使其面临着严重的腐蚀威胁，多孔铝的腐蚀会导致结构崩塌，活性物质脱落，内阻增加，甚至引发安全事故。此外，多孔铝表面存在一层氧化层，增加了表面电阻。

目前，针对铝集流体的抗腐蚀技术众多，主要是在铝集流体的表面制备一层高稳定性的碳层，制备方法包括：涂覆法、化学气相沉积和物理气相沉积。但是，目前镀膜的技术仍存在着众多问题，如：薄膜与基底结合力差，机械强度低，制备过程中涉及的热处理会对基底造成损伤，制备条件苛刻和昂贵等问题。因此，开发一种可以制备结合力强和机械性能优异的碳层、且制备工艺简单、成本可控的新型镀碳技术是亟需解决的问题。

经申请人检索后发现，公开号为CN109904459A的专利，公开了一种覆碳泡沫铝复合材料的制备方法，该方法通过在多孔铝表面涂覆有机化合物，并在保护气氛中进行高温碳化在多孔铝表面形成碳层，但这样的方法存在历时较长、步骤繁琐、以及高温溶体造成基底损伤的问题。

发明内容

本发明的目的是介绍一种等离子磁过滤镀碳技术与3D Al/C的制备方法。所涉及的等离子磁过滤镀碳装置包括弧光放电激发源、磁过滤装置和等离子沉积装置。本发明通过该装置在3D Al表面制备了高质量碳镀层，具体制备过程如下：在真空环境下，将固体碳作为靶材，受弧光放电激发表面原子等离子化，经过磁过滤的磁场中筛除大颗粒杂质，使得高纯等离子流进入沉积装置，释放能量后沉积在3D Al的表面，并形成结合紧密、表面光滑且致密的碳镀层。

本发明提出的等离子磁过滤镀碳技术制备3D Al/C，具体实验步骤如下：

S1、多孔铝的制备：将铝粉填充在不锈钢模具中，刮去表面多余铝粉使其平整，然后将其置于管式炉内，在氩气气氛下650 ℃烧结2h，得到3D Al，最后使用乙醇和超纯水进行轮流抽滤清洗。

S2、等离子磁过滤镀碳装置：如图1所示，该装置由弧光放电激发源3和5、固体靶材3和5、真空反应腔室2、真空装置1、沉积基底6、基座4、出气口1。

S3、3D Al/C制备过程：固体碳源在弧光放电激发下，表面原子等离子化，在电场作用下输送到磁过滤装置，经过磁场下过滤掉大颗粒杂质，最后石墨等离子体到达基底表面释放能量沉积在基材表面。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明提出的等离子磁过滤镀碳技术，制备工艺简单快捷、对基底无损伤、并且镀层质量优异，制备出的3DAl/C机械强度高、镀层结合力强、导电性好、抗腐蚀能力强，适合应用于电池集流体等领域。

附图说明

图1是本发明等离子磁过滤镀碳装置结构示意图。

图2为本发明制备出的3D Al/C的SEM图。

具体实施方式