论文部分内容阅读
铝箔是铝电解电容器电极材料,也是超级电容器和锂离子电池等储能器件集流体的重要材料,对器件的性能有重要影响,对其进行涂层改性是提升器件性能的重要途径。固态铝电解电容器的温度特性、内阻、损耗因子、频率特性、寿命等多方面性能明显优于传统铝电解电容器,是铝电解电容器重要的发展方向。近年研究发现铝表面复合碳层形成A1/C复合箔,能有效降低铝与活性材料界面电阻,提高亲合力和表面积,大幅度提高器件性能。特别是A1/C复合箔已成为固体高分子铝电解电容器的不可或缺的关键材料,对固体高分子铝电解电容器产业的发展意义重大。已有的技术采用化学气相沉积工艺在铝箔上形成碳层,但该工艺存在设备复杂、成本高等问题。本研究采用在铝箔上涂覆有机前驱体和导电碳材料,再通过热处理碳化有机前驱体并生成铝/碳界面冶金结合的方法制备高性能A1/C复合箔。研究改变涂层成分、热处理和活化处理条件对A1/C复合箔性能的影响,采用测量A1/C复合箔方阻、碳层结合强度、比表面积等理化指标来评价其性能；采用TEM、SEM研究A1/C复合箔的微观组织结构。主要结论如下：(1)通过探讨A1/C复合箔制备过程中各因素的影响,得出A1/C复合箔的最佳制备工艺为：最佳涂层配比为鳞片石墨：有机树脂：表面活性剂=80：18：2；最佳热处理条件为550℃-6h；最佳活化处理工艺为空气气氛下400℃-4h。(2)通过现代分析手段依次分析了碳层成分组成、碳层结构、界面组成、界面结构与A1/C复合箔性能的关系。本文制备的A1/C复合箔的碳层成分包括有序sp3石墨结构和无序sp2、sp3结构的有机树脂裂解碳,在能够形成通畅的石墨鳞片导电网络的前提下提高有机树脂裂解碳的含量可以获得大比表面积、高导电性和高结合强度的碳层结构。A1/C复合箔的界面碳层和铝箔结合紧密,并形成了短棒状A14C3相,生成A14C3相的是A1/C复合箔获得接近铝箔的方阻的必要条件。A1/C复合箔的致密碳层和界面冶金结合也使其获得了高达400℃的耐热温度。从热力学和动力学角度讨论了A1/C复合箔热处理过程中铝碳反应的发生条件和规律,分析得出该反应为扩散控制反应,增大铝箔／碳层界面接触面积和接触深度以缩短扩散距离可以加快反应。(3)使用研制的A1/C复合箔作为阴极箔制备固体高分子铝电解电容器,最佳性能A1/C复合箔制得的4V、560μF、Φ8X8mm的固体高分子铝电解电容器的容量达到615μF,等效串联电阻为4.6mΩ,损耗因子为0.98%,漏电流17.7μA,优于目前商用规格的性能标准。与传统腐蚀铝箔相比,A1/C复合箔起到了降低固体高分子铝电解电容器的内阻和损耗因子的作用。研究表明,A1/C复合箔碳层对聚合在阴极箔上的导电高分子聚合物界面结合状态起到了改善作用。制备的固体高分子铝电解电容器在145℃下的寿命测试时间达到250h时仍保持优良的电性能,证明研制的A1/C复合箔具有优异的经时稳定性。A1/C复合箔的耐折弯次数也是该产品的重要指标,它将直接影响导针的铆接效果,耐折弯次数较低会使铆接口附近的A1/C复合箔出现明显裂纹扩展,增加铆接后卷绕芯包的断箔概率。