增加电容电极表面积的方法

摘要

本发明公开了一种增加电容电极表面积的方法，即采用带有金属镀层的重离子微孔膜或核孔膜作为电容电池的电极。用这种材料作为电极，表面积可以增加1～20倍以上。

权利要求

1.一种增加电容电极表面积的方法，用带有金属镀层的重离子微孔膜或核孔膜作为电容电池的电极,其特征在于：所述重离子微孔膜或核孔膜的点坑深度为0.1～20μm，密度

5 10 2

为1×10 ～1×10 /cm，直径为0.1～9.0μm；所述的金属镀层所用金属为金、铂、铜或银，镀层厚度为50～300nm；金属镀层采用高温真空蒸发法形成。

说明书

增加电容电极表面积的方法

技术领域

[0001] 本发明属于电容器电池技术领域，涉及需要超大表面积电极的包括超级电容、锂离子电容等储能元器件，具体是一种制作超大表面积电极的新方法。

背景技术

[0002] 电容电池属于双电层电容器，是目前世界上已投入量产的双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。具有充电速度快、循环使用寿命长、大电流放电能力超强、功率密度高、充放电线路简单、超低温特性好、检测方便、单体容量范围宽的理想绿色环保的化学电源。

[0003] 电容电池由正极、负极以及介于两者之间的隔膜及电解液组成。通常采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电荷，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联。由于活2
性碳材料具有≥1200m/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A)，而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm(即获得了极小的介质厚度d)，根据计算公式：电容值为：
-6
C＝ε·A/3.6πd·10 (μF)，其中A为极板面积，d为介质厚度。所储存的能量为：E＝
2
C(ΔV)/2可以看出，其中C为电容值，ΔV为极板间的电压降。可见，若想获得较大的电容量，储存更多的能量，必须增大面积A或减少介质厚度d，但介质厚度d伸缩空间有限。为增大面积A，通常采用活性碳作为电极材料。例如，中国专利200710035238.8中，将纳米级的具有脱嵌锂特性的化合物材料粉末进行机械融合造粒，形成1～15μm的球形颗粒；加入用量为脱嵌锂特性化合物材料重量的10％～100％的多孔炭材料，再进行机械融合，从而得到多孔炭包覆脱嵌锂化合物复合材料，并以该材料为电极材料。此类电容电池由于使用多孔碳作为电极材料，虽然在常温下提高了器件的比功率，但在高温下多孔碳会使电解液分解，很难实用化。

发明内容

[0004] (一)发明目的

[0005] 针对上述问题，本发明提供一种利用重离子微孔膜与核孔膜技术制作超大表面积电极，目的是在保证电容电池性能稳定的同时增加电容电池的比电容(单位体积的电容量或单位重量的电容量)。

[0006] (二)技术方案

[0007] 一种增加电容电极表面积的方法，关键在于：采用带有金属镀层的重离子微孔膜或核孔膜作为电容电池的电极。

[0008] 所述的重离子微孔膜或核孔膜是利用加速器产生的重离子或反应堆产生的裂变碎片轰击高分子聚合物薄膜，使得在薄膜的一侧形成径迹损伤通道而不穿透，经化学溶液的蚀刻，在薄膜的一面蚀刻出大量点坑。

[0009] 其中，所述点坑的深度为0.1～20μm，密度为1×105～1×1010/cm2，直径为0.1～6 8 2
9.0μm，优选的点坑参数为：深度：15～20μm，密度：1×10 ～1×10/cm，直径：5～
9.0μm，

[0010] 其中，金属镀层所用金属为金、铂、铜或银等，镀层厚度为50～300nm。

[0011] (三)发明效果

[0012] 上述技术方案提供的方法，在高分子聚合物薄膜一侧经过化学蚀刻后形成的点坑，其侧面积是增加的表面积，在保证高分子聚合物薄膜强度的条件下，点坑越密，越深，所增加的表面积就越多。经计算，用这种材料作为电极，表面积可以增加1～20倍以上，加电容电池的比电容，进而可以有效增加电容电池的容量。

附图说明

[0013] 图1重离子微孔膜电镜图片。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步说明。

[0015] 为增加电容电极表面积，本发明提供了一种带有金属镀层的重离子微孔膜作为电容电池的电极。其具体制作步骤如下。

[0016] 1)辐照。选用厚度为10～300μm的高分子聚合物薄膜作基膜，本实施例选用-125μm的聚酯薄膜作基膜。在中国原子能科学研究院的串列加速器上，以负离子源产生S+11
离子，加速后再剥离成S 离子，当加速器头部高压为10MV，经加速后产生能量为120～
500MeV的硫离子束，束流强度为0.1nA～1mA，在右70度管道上辐射在基膜上，照射时间为
0.1～0.8秒。

[0017] 2)敏化。将照射后的基膜用功率为50～1000瓦紫外线灯照射敏化，灯与基膜的距离为0.1～10cm，敏化时间为60～180min。

[0018] 3)蚀刻。将敏化后的基膜放到浓度为15～30个当量的NaOH溶液里进行蚀刻，蚀刻时间为1～60min，蚀刻温度为70度。蚀刻出清晰图案后，利用弱酸溶液和电阻大于2兆欧的高纯水清洗，经过温度70度不带风机的烘箱烘干。

[0019] 经过上述工艺处理之后，在样品表面形成大量点坑。点坑深度为15～20μm，密度6 8 2
为1×10 ～1×10/cm，直径为5～9.0μm。

[0020] 4)镀金属镀层。用高温真空蒸发的方法在上述核孔膜的表面镀一层厚度为100～150nm的金。

[0021] 选用本实施例所生产的重离子微孔膜为电极，以碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(1∶1)为电解液组装成电容电池，经性能测试，比能量为50Wh/Kg，比功率为5000W/Kg。

[0022] 实施例2

[0023] 用实施例1所提供的方法制备电容电池的电极，利用反应堆产生的裂变碎片轰击高分子聚合物薄膜，反应堆功率为5-15兆瓦，辐照时间为10-100秒。在样品表面形成大量5 10 2
点坑，点坑深度为0.1～20μm，密度为1×10 ～1×10 /cm，直径为0.1～9.0μm。选用本实施例所生产的核孔膜为电极，经性能测试比功率为4800W/Kg。

[0024] 实施例3

[0025] 用实施例1所提供的方法制备带有金属镀层的重离子微孔膜作为电容电池的电极，改变蚀刻后的点坑参数，技术指标如表1。

[0026] 表1 不同点坑参数制备电极的技术指标

[0027]深度(μm) 密度(/cm2) 直径(μm) 比功率(W/Kg)
0.1～2 1×105～1×106 8.0～9.0 4900
12～15 1×106～1×107 3.0～5.0 4950
17～20 1×109～1×1010 0.1～1.0 5000

[0028] 实施例4

[0029] 用实施例1所提供的方法制备带有金属镀层的重离子微孔膜作为电容电池的电极，用不同金属作为金属镀层，技术指标如表2。

[0030] 表2 不同金属镀层制备电极的技术指标

[0031]金属 镀层厚度(nm) 比功率(W/Kg)
铂 150～200 4950
铜 200～250 4900
银 250～300 4900

[0032] 显然本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，假若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些修改和变型。