一种固态电容铝电极箔及其制备方法与流程

本发明涉及固态电容的电极箔，具体为一种固态电容铝电极箔及其制备方法。

背景技术：

1、固态电容是电子工业的重要元器件，其在各类家用电器、计算机、通讯材料、自动化设备等上有着广泛的应用。市面上常见的电容器主要以铝电解电容、钽电解电容为主，其中铝电解电容因其价格便宜、性能优异，又占据了电解电容市场的较大份额，在大容量的应用领域具有其独特的优势。

2、铝电解电容包括正箔、负箔、电解纸以及导针，正箔、负箔、电解纸卷绕后形成电芯，将电芯含浸电解质再进行封装，其容量公式为c＝εs/(4kπd),其中ε为介电层(氧化铝)的介电常数，s为铝箔的比表面积，d为介电层(氧化铝)的厚度。

3、其中电极铝箔是铝电解电容的关键原材料，对铝电容的各种特性起着决定性的作用，为了获得更大的容量，电极铝箔一般采用腐蚀法来增大比表面积，但传统的腐蚀工艺对腐蚀隧道的孔径长短以及均匀性难以控制，对于高比容的腐蚀箔还可能带来强度较差的问题；在化成阶段，随着电压的升高，氧化膜的厚度增加，内部残留的铝基体减少，强度会大幅下降；并且传统的腐蚀化成工艺需要用到大量的盐酸、硫酸及硝酸等环境污染原料，给环保处理也带来很大的压力。

4、针对腐蚀箔的上述缺陷，也出现了在铝箔表面烧结铝粉来扩大表面积提高容量的技术，如专利cn201480040537.9铝电解电容器用电极材料及其制造方法、cn201480070731.1铝电解电容器用电极箔及其制造方法等记载。虽然该技术能够克服上述缺陷，但也有明显的缺陷，首先，是铝粉烧结体为难以变形的脆性结构，延展能力极差，虽然铝箔基体具有较好的延展性，但负载了脆性的烧结体后，弯折变形能力显著降低，而且表面的脆性烧结层还存在弯折断裂的风险，难以满足铝电解电容器生产过程的铆接、卷绕等工序对折弯性能的需求；其次，扩面效果依靠铝粉堆积，而铝粉堆积的缝隙整体较小，难以满足深隧道的需求，并且在浸入电解质时受铝粉层的阻拦，浸润性不好，导电高分子电解质很难完全渗入铝粉堆积缝隙来利用其表面积，容量引出率极低。

5、此外电解质也是铝电解电容的关键材料，固态电容的电解质多采用导电聚合物作为电解质，主要是因为导电聚合物具有合成工艺简便且稳定性好的优点，其中聚3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)就是目前常用的导电高分子材料，其具有电导率高、热稳定性好、可配制成稳定的水分散液易于使用等优点。将聚3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)作为导电剂、pss聚(苯乙烯磺酸)作为掺杂剂制成分散液作为电解质的原料是目前比较常用的，但其也具有明显的缺陷，pedot/pss(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))的浓度不能太高，这是因为pedot极易团聚，通常pedot的固含量在2％左右，且粘度较大，进一步提高固含量，粘度会急剧增加，为达到一些高性能要求，电芯含浸过程中需要经过多次才能满足，然而由于电芯为卷绕结构，多次含浸后容易被导电聚合物堵塞，而上部却很难粘附更多的导电聚合物，这样电芯内部导电聚合物的分布就非常不均匀，对电芯的导电性能也会有很大的影响。

6、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维材料，具有许多独特的物理性质，特别是其比表面积达2630m2·g-1，导电率达1000s/m，理想的石墨烯是单层石墨烯；因此也有相关技术提出将石墨烯与导电聚合物进行复合来提高导电聚合物的性能，如专利cn201510626885.0一种固态电解电容器及其固态电解质的制备方法所记载，但该方法采用的是石墨烯分散液，而石墨烯分散液与导电聚合物复合后虽然能够提高导电聚合物的导电性能，但仍然无法解决卷绕的电芯含浸时，内部导电聚合物分布不均匀的问题。

7、基于上述现有技术存在的缺陷，本技术提出一种新的铝电极箔及其制备方法，使得其同时具备优越的弯折性能和电性能。

8、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种固态电容铝电极箔及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种固态电容铝电极箔，包括铝箔基体、在铝箔基体的至少一面的阀金属氧化物涂层以及在阀金属氧化物涂层表面的导电层，所述阀金属氧化物涂层上均匀的制作有若干沟槽。

3、作为优选，所述导电层为石墨烯层和导电高分子聚合物层复合层。

4、本发明还提供一种固态电容铝电极箔的制备方法，包括以下步骤：

5、s1：准备铝箔基体，在铝箔基体的其中一面或者两面制作阀金属氧化物涂层；

6、s2：在阀金属氧化物涂层上制作沟槽结构；

7、s3：在沟槽结构上制作一层单层石墨烯层；

8、s4：在单层石墨烯上制作至少一层导电高分子聚合物层。

9、作为优选，所述铝箔基体的厚度为20-120μm。

10、作为更进一步的优选，所述铝箔基体选用厚度为20μm、23μm、25μm、28μm、30μm、32μm、35μm、38μm、40μm、42μm、45μm、48μm、50μm、52μm、55μm、58μm、60μm、62μm、65μm、68μm、70μm、72μm、75μm、78μm、80μm、82μm、85μm、88μm、90μm、92μm、95μm、98μm、100μm、102μm、105μm、108μm、110μm、112μm、115μm、118μm、120μm。

11、作为优选，铝箔基体在制作阀金属氧化物涂层前先经过预处理，预处理可以采用物理方法或者化学方法，物理方法可以是采用磨砂或者电晕处理的方式，使得基体表面具有一定的粗糙度；化学方法可以是采用碱洗、酸洗以及超声清洗后在基体表面形成一定的粗糙度，具体的碱洗可以采用1.6-2.0mol/l的氢氧化钠溶液清洗20-30s后用0.3-1.0mol/l的盐酸清洗30-45s，再用去离子水在超声条件下清洗干净；上述处理的目的是使得铝箔基体与阀金属氧化物涂层能够更好的粘结。

12、作为优选，所述阀金属氧化物涂层包括以下重量份原料：聚氨酯树脂15-35份、功能性丙烯酸单体10-35份、活性稀释剂5-15份、金属氧化铝粉5-10份、有机溶剂15-50份、光引发剂0.1-10份。

13、作为优选，聚氨酯树脂选自beamset 1402、6194、7605b、r7496、cn9010ns、dr-u240、cn996、ut70135、fsp8282中的一种或者一种以上的混合物。

14、作为优选，功能性丙烯酸单体选自em2204、em231、em39、em326、em2261、em2251、em2241、em223、em222中的一种或者一种以上的混合物。

15、作为优选，活性稀释剂采用hdda。

16、作为优选，所述金属氧化铝粉的粒径为40-200nm。

17、作为更进一步的优选，所述金属氧化铝粉的粒径为40nm、42nm、45nm、46nm、48nm、50nm、52nm、53nm、55nm、56nm、58nm、60nm、62nm、63nm、65nm、67nm、68nm、70nm、72nm、73nm、75nm、78nm、79nm、80nm、82nm、83nm、84nm、85nm、87nm、88nm、90nm、92nm、93nm、95nm、96nm、98nm、100nm、102nm、103nm、105nm、107nm、108nm、110nm、112nm、114nm、115nm、118nm、120nm、122nm、124nm、125nm、127nm、129nm、130nm、132nm、135nm、137nm、139nm、140nm、142nm、144nm、145nm、147nm、149nm、150nm、152nm、154nm、155nm、157nm、159nm、160nm、162nm、164nm、165nm、167nm、169nm、170nm、172nm、175nm、178nm、180nm、182nm、185nm、187nm、190nm、192nm、194nm、195nm、198nm、200nm。

18、作为优选，所述阀金属氧化物涂层的厚度为5-20μm。

19、作为更进一步的优选，所述阀金属氧化物涂层的厚度为5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm。

20、作为优选，所述沟槽结构通过辊压成型的方式形成。

21、作为优选，所述沟槽结构为三角形、方形、梯形、曲面形或者不规则形状。

22、作为优选，所述阀金属氧化物涂层涂布后，利用结构辊在涂层表面形成上述沟槽结构，再通过uv固化工艺使得阀金属氧化物涂层。

23、作为优选，所述结构辊在涂层表面形成沟槽结构的具体工艺如下：

24、第一步，取表面雕刻有与沟槽结构匹配的微结构的金属辊作为压印辊；

25、第二步，取铝箔基体、阀金属氧化物涂层胶水，通过涂布机将阀金属氧化物胶水均匀涂布在铝箔基体上；

26、第三步，通过uv固化的工艺从阀金属氧化物胶水上方照射将阀金属氧化物胶水固化到半干状态，uv固化的能量控制在850-900mj/cm2；

27、第四步，采用第一步的压印辊在半干的阀金属氧化物涂层上压出沟槽结构；

28、第五步，通过uv固化的工艺再次从阀金属氧化物胶水上方照射对压印后的阀金属氧化物涂层进行深层固化，uv固化的能量控制在1250-1500mj/cm2。

29、或者也可以通过以下工艺制成：

30、第一步，取表面雕刻有与沟槽结构匹配的微结构的金属辊作为压印辊；

31、第二步，取pet透明光学膜，通过涂布机在pet透明光学膜上涂布一层市售uv胶水；

32、第三步，采用第一步的压印辊在uv胶水上压出沟槽结构，同时在pet透明光学膜的背面采用uv固化的工艺对uv胶水进行固化，uv固化的能量控制在1250-1500mj/cm2，得到表面带沟槽结构的pet光学膜；

33、第四步，取铝箔基体、阀金属氧化物涂层胶水，通过涂布机将阀金属氧化物胶水均匀涂布在铝箔基体上；

34、第五步，在表面带沟槽结构的pet光学膜上涂布一层脱模剂后覆盖到阀金属氧化物涂层胶水上，并通过uv固化的工艺从pet光学膜上方对阀金属氧化物涂层进行固化，uv固化的能量控制在1250-1500mj/cm2，固化完成后撕去pet光学膜即可。

35、作为优选，所述单层石墨烯层采用cvd法制备的单层石墨烯。

36、作为优选，单层石墨烯的制备方法如下：首先，取生长有单层石墨烯的金属箔，将金属箔上石墨烯的一面与硅胶保护膜进行贴合；其次，将硅胶保护膜连同金属箔一起放置到化学刻蚀液中刻蚀去除铜箔后使得单层石墨烯留在硅胶保护膜上；最后将硅胶保护膜与固化后的阀金属氧化物涂层进行贴合，在热压条件下撕取硅胶保护膜，单层石墨烯残留在阀金属氧化物涂层上。

37、作为优选，所述导电高分子聚合物采用聚噻吩。

38、作为优选，导电高分子聚合物采用pedot:pss水溶液，在阀金属氧化物涂层上形成一层单层石墨烯后在单层石墨烯上涂布至少一层pedot:pss水溶液，待pedot:pss水溶液干燥后形成导电高分子聚合物涂层。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、(1)本发明在铝箔基体上通过涂布的方式制备阀金属氧化物层并在涂层上制作沟槽结构，可达到增加比表面积的目的，且可免去传统的腐蚀工艺以及后续的化成工艺，避免使用大量的盐酸、硫酸及硝酸等环境污染原料；

41、(2)本发明中阀金属氧化物涂层以聚氨酯树脂和功能性丙烯酸单体作为主体，可以保证电极箔具有良好的延展能力以及弯折变形能力，能够满足后续铆接、卷绕等工序对折弯性能的需求；

42、(3)本发明在阀金属氧化物涂层表面制作导电层，与传统的含浸相比，可以提高导电材料在电极箔表面的分布均匀性，从而提高电极箔的电性能；

43、(4)本发明采用单层石墨烯层和导电高分子聚合物进行复合，可进一步提高电极箔的电性能；

44、(5)本发明的单层石墨烯层采用cvd法制备的石墨烯，而cvd法制备的石墨烯具有大面积单层石墨烯的特点，应用到电极箔上可以充分发挥单层石墨烯的特性，提高电极箔的电性能。