[发明专利]超级电容3D集流体的卷对卷纳米压印制造方法

说明书

超级电容3D集流体的卷对卷纳米压印制造方法，步骤如下：步骤S1：在辊压机的上光辊表面贴合纳米压印模板或在上光辊表面雕刻出微纳压印结构，形成压印辊；步骤S2：将原始电极A在辊压力下，通过带有一个压印辊和一个光辊的辊压机，原始电极A的金属集流体面正对压印模板或微纳压印结构，得到具有微纳压印结构的3D集流体的电极B；步骤S3、将电极B通过带有2个光辊的辊压机，得到压平后的3D集流体的电极C；本发明制备的3D集流体比商用金属丝网/泡沫集流体低很多的质量和体积密度，并且具有高的微结构，可以与活性电极材料(如活性炭)形成互锁结构，将接触电阻降低至少一个数量级，还能缩短电极中电子的传输路径，提升了超级电容器的倍率性能、功率密度。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，特别涉及超级电容3D集流体的卷对卷纳米压印制造方法。

背景技术

超级电容器与锂电池/锂离子电池相比，具有快速充电功能，循环寿命长，工作温度范围宽，超强的稳定性和安全运行等显著优势，广泛应用于可再生能源电网调控、电动汽车、移动电子设备、电磁弹射、航空航天、高功率脉冲器件等。

超级电容器的结构包括活性电极材料、集流体、电解质、隔膜、封装壳等，集流体的主要作用是在充电和放电过程中快速且有效地将电子从活性材料中收集并传导到电源或电器，并支撑活性材料。因此，理想的集流体具有高的导电性、并且与活性材料之间形成高质量的界面接触，以降低接触电阻，从而使超级电容器具有高功率和倍率性能，集流体的结构设计在实现电子的快速传输中发挥着作用，从整体上决定了器件的电荷存储和释放速度。

为了满足上述要求，降低集流体与活性电极材料之间的接触电阻，可以采用3D集流体的形式，国内外在3D集流体方面开展了大量研究，但仍面临多方面的工程问题。例如，采用碳纳米管、石墨烯，可制造成3D集流体，但仍然无法与金属集流体相媲美，这限制了其在大功率器件上的应用。以三维连接网络形式存在的商用金属基集流体，例如钛网、镍泡沫、不锈钢丝网等，已显示出在大功率超级电容器上的巨大潜力，完全连接的3D金属网络对于快速的电子传输非常有利，然而此类3D集流体的厚度超过100μm，单位面积质量超过15mgcm^-2，极大地限制了超级电容器的体积和质量能量密度，并且此类3D集流体仍然面临规模化制造的局限性，价格昂贵。纳米结构的3D金属或金属氧化物集流体——化学气相沉积(CVD)生长的氧化铟锡(ITO)纳米线、电镀金属反蛋白石或来自牺牲模板的金属纳米线，例如自组装聚苯乙烯纳米球(PS)或阳极氧化铝(AAO)或皮秒激光器的微/纳米结构铝箔——依赖于纳米结构集流体耗时化学或电化学生长，难以大规模生产以实现大规模储能应用。综上所述，开发一种可大规模制备、工艺简单且能够显著降低接触电阻的集流体，对于规模化制造高性能超级电容具有重要工程意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种超级电容3D集流体的卷对卷纳米压印制造方法，解决了目前3D集流体制备工艺复杂，无法大规模制备的问题，并且提升了超级电容器的倍率性能、功率密度。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

超级电容3D集流体的卷对卷纳米压印制造方法，具体操作步骤如下：

步骤S1：在辊压机的上光辊表面贴合纳米压印模板或在上光辊表面雕刻出微纳压印结构，形成压印辊；

步骤S2：将原始电极A在辊压力下，通过带有一个压印辊和一个光辊的辊压机，原始电极A的金属集流体面正对压印模板或微纳压印结构，得到具有比原始电极A厚度高的微纳压印结构的3D集流体的电极B。

本发明操作步骤还包括：步骤S3：将电极B通过带有2个光辊的辊压机，得到与电极A相比厚度相差±100μm的带有压平后的3D集流体的电极C。

所述的步骤S1中的纳米压印模板包括但不限于不同目数的不锈钢丝网、铜丝网、镍丝网和钛丝网，还包括金属辊表面雕刻的压印模板图案。