一种镍布集流体的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种镍布集流体的制备方法及其应用，属于柔性集流体技术领域。本发明专利技术的制备方法是以纱布为基底，依次将基底进行粗化、敏化活化、还原及化学镀镍及后处理工艺，从而使金属导电镍层均匀包覆在基底的纤维上，从而制得所述的镍布集流体。本发明专利技术利用一步法敏化活化处理纯棉脱脂纱布，能够大大简化操作程序，提高产品的合格率，且本发明专利技术采用常温碱性化学镀液，避免了高温条件下镀液不稳定，造成镀液浪费，有利于溶液的维护，便于操作。另外，利用本发明专利技术的镍布集流体制得的锂离子电池和超级电容器，界面内阻小，能量密度高，赝电容高，大大提高了电池的生产效率，降低了生产成本，适用于工业化规模大生产。

A preparation method of nickel cloth collector and its application

The invention relates to a preparation method of nickel cloth fluid collecting and its application, belonging to the technical field of flexible fluid collecting. The preparation method of the present invention is to coarsen, sensitize and activate the substrate, reduce and electroless nickel plating and post-treatment process sequentially, so that the metal conductive nickel layer is evenly coated on the fiber of the substrate, thereby producing the nickel cloth to collect fluid. The one-step sensitization activation method is used to treat pure cotton degreased gauze, which can greatly simplify the operation procedure and improve the qualified rate of the product. The present invention adopts alkaline electroless plating solution at room temperature, avoids the instability of the plating solution under high temperature, causes the waste of the plating solution, is beneficial to the maintenance of the solution and is easy to operate. In addition, the Li-ion battery and the supercapacitor made of the nickel cloth collector of the invention have the advantages of small interfacial internal resistance, high energy density and high pseudo-capacitance, greatly improving the production efficiency of the battery, reducing the production cost and being suitable for large-scale industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种镍布集流体的制备方法及其应用
本专利技术属于柔性集流体
，具体涉及一种镍布集流体的制备方法及其在柔性锂离子电池、柔性超级电容器中的应用。
技术介绍
集流体，指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔，泛指也可以包括极耳，其功用主要是承载活性物质并将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。传统锂离子电池集流体的材料有铜、铝、镍和不锈钢等金属导体材料、碳等半导体材料以及复合材料，其中以金属箔为主。锂电池正极集流体采用的是铝箔，厚度在～14μm左右，负极集流体采用的铜箔，厚度在～8μm左右。金属箔具有良好的导电性能，但是在上述厚度时机械性能较差，表现为整体较脆、韧性不足，一旦受到外力冲击或者外力变形作用，会产生不可逆痕迹甚至孔洞，影响整个电池的性能和效率，严重时会引发安全问题。另外，传统集流体材料还存在价格昂贵、且生产成本高、生产效率低等缺陷。近年来，随着个性化电子技术的快速发展，锂离子电池、超级电容器等柔性储能设备的发展受到了极大的关注。众所周知，基于纤维的电极具有相对较高的机械稳定性，比其他传统电极有更高的表面积和更轻的重量，用基于纤维/织物的低成本电极设计柔性储能装置，具有高的终端使用性能，具有很大的发展潜能。申请号为201610164729.1的专利申请公开了一种导电无纺布及其制备方法和用途，先将无纺布基底置于催化剂溶液中浸泡，然后将浸泡后的无纺布基底置于金属镀液中进行化学沉积得到导电无纺布，再经洗涤和后处理得到最终产品。该专利技术制备的导电无纺布层均匀，导电性能优异，且仍具备原无纺布基底良好的柔性。用其做锂离子电池的集流体，组装成的超薄锂离子电池外型轻薄，性能优异。另外，申请号为201710189749.9的专利申请公开了一种柔性集流体、包含该柔性集流体的电极及电池，其中柔性集流体包括纺织物基底和金属导电镀层，金属导电镀层包覆在纺织物基底的纤维上，金属导电镀层的厚度为200nm～500μm，该集流体相对于传统金属箔有更好的机械加工性能，可提高电池生产效率，降低生产成本，且该专利技术的集流体基底为高分子材料，在高温时能够收缩熔断，提高电池的安全性能。其中，申请号为201610164729.1的专利采用电沉积的方法在无纺布基底上镀覆一层金属单质，申请号为201710189749.9的专利采用真空溅射的方法在纺织物基底上镀覆一层金属单质，但是这两种方法均操作复杂，且成本昂贵，不利于电池的商业化生产。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
中所指出的问题及现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种镍布集流体的制备方法及其应用。为了实现本专利技术上述第一个目的，专利技术人经过大量的试验研究，开发出了一种镍布集流体的制备方法，是以纱布为基底，依次将基底进行粗化、敏化活化、还原及化学镀镍及后处理工艺，从而使金属导电镍层均匀包覆在基底的纤维上，所述方法具体包含如下步骤：(1)基底粗化：在70℃条件下，将基底材料放入粗化液中浸泡20～30min，然后用去离子水洗涤得到粗化后的基底材料，其中，所述粗化液是氢氧化钠水溶液，所述粗化液中氢氧化钠的浓度为150～200g/L。(2)敏化活化：室温下，将步骤(1)所述粗化好的基底材料放入敏化活化液中浸泡5～10min，然后用去离子水洗涤得到敏化活化后的基底材料，其中，所述敏化活化液是由氯化钯、氯化亚锡、氯化钠、盐酸组成的混合溶液，所述敏化活化液中氯化钯的浓度为0.15～0.2g/L、氯化亚锡的浓度为10～15g/L、氯化钠的浓度为150～170g/L，盐酸的浓度为5～10ml/L；(3)还原：室温下，将敏化活化后的基底材料放入还原液中浸泡2～5min，然后用去离子水洗涤得到还原后的基底材料，其中，所述还原液是次亚磷酸钠的水溶液，所述的还原液中次亚磷酸钠的浓度为25～30g/L；(4)化学镀镍：室温下，将步骤(3)所述还原后的基底材料置于化学镀液中反应10～20min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中六水合硫酸镍浓度为20～25g/L，柠檬酸三钠浓度为10～15g/L，次亚磷酸钠浓度为25～30g/L，氯化铵浓度为25～30g/L，所述化学镀液PH值为8.5～9.5；(5)后处理：在120℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应8h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的镍布集流体，其中，所述混合溶液由氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺(HMT)、去离子水组成，所述氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺的摩尔比为3：5，所述六次甲基四胺与去离子水的摩尔体积比为1mmol：6mL。进一步地，上述技术方案中所述纱布为纯棉脱脂纱布。进一步地，上述技术方案步骤(2)所述浸泡时间优选为5min，步骤(4)中所述化学镀时间优选为15min。进一步地，上述技术方案步骤(2)所述敏化活化液中氯化钯的浓度优选为0.18g/L、氯化亚锡的浓度优选为12g/L、氯化钠的浓度优选为160g/L，盐酸的浓度优选为10ml/L。进一步地，上述技术方案步骤(5)中所述混合溶液优选由氯化钴、六水合氯化镍、六次甲基四胺和去离子水组成，所述氯化钴与六水合氯化镍、六次甲基四胺的摩尔比为2：1：5。更进一步地，上述技术方案步骤(2)中所述敏化活化液是按如下方法制备而成的：(a)在室温下按配比将氯化钯溶于少量浓盐酸中，配制成溶液A；(b)在室温下将浓盐酸和去离子水按体积比为1:2配制成混合液，再按配比将氯化亚锡溶于混合液中，配制成溶液B；(c)分别将溶液A和溶液B加热至70℃后恒温，搅拌条件下将溶液A和溶液B混合，得到溶液C；(d)按配比将氯化钠溶于去离子水中，制得溶液D，将溶液D加热至60℃后恒温，搅拌条件下，将溶液D与溶液C混合，得到溶液E，再将溶液E稀释至规定体积，摇匀后过滤，待用。进一步地，上述技术方案步骤(4)所述化学镀液中六水合硫酸镍浓度优选为20g/L，柠檬酸三钠浓度优选为10g/L，次亚磷酸钠浓度优选为30g/L，氯化铵浓度优选为30g/L。更进一步地，上述技术方案中所述化学镀液是按如下方法制备而成的：(i)按配比称取各组分原料，并分别将各原料均匀分散于去离子水中，过滤，制得单组分浓溶液；(ii)在化学镀槽内加入柠檬酸三钠浓溶液，稀释，然后在搅拌条件下依次加入氯化铵浓溶液、硫酸镍浓溶液、次亚磷酸钠浓溶液，搅拌均匀后稀释至规定体积，最后用氢氧化钠溶液调节所述化学镀液的pH值。本专利技术的另一目的在于提供采用上述方法制得的集流体的应用。本专利技术提供一种复合电极，包括上述所述的镍布集流体和NiCo双金属氢氧化物。本专利技术还提供一种柔性锂离子电池，所述电池包含上述所述复合电极作为正极材料。本专利技术还提供一种柔性超级电容器，所述电容器含有上述所述的复合电极。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术用一步法敏化活化处理纯棉脱脂纱布，能够大大简化操作程序，降低成本，提高产品的合格率；(2)本专利技术采用常温碱性化学镀液，避免了高温条件下镀液不稳定，造成镀液浪费，有利于溶液的维护，便于操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镍布集流体的制备方法，其特征在于：所述方法是以纱布为基底，依次将基底进行粗化、敏化活化、还原及化学镀镍及后处理工艺，从而使金属导电镍层均匀包覆在基底的纤维上，所述方法具体包含如下步骤：(1)基底粗化：在70℃条件下，将基底材料放入粗化液中浸泡20～30min，然后用去离子水洗涤得到粗化后的基底材料，其中，所述粗化液是氢氧化钠的水溶液，所述粗化液中氢氧化钠的浓度为150～200g/L。(2)敏化活化：室温下，将步骤(1)所述粗化好的基底材料放入敏化活化液中浸泡5～10min，然后用去离子水洗涤得到敏化活化后的基底材料，其中，所述敏化活化液是由氯化钯、氯化亚锡、氯化钠、盐酸组成的混合溶液，所述敏化活化液中氯化钯的浓度为0.15～0.2g/L、氯化亚锡的浓度为10～15g/L、氯化钠的浓度为150～170g/L，盐酸的浓度为5～10ml/L；(3)还原：室温下，将敏化活化后的基底材料放入还原液中浸泡2～5min，然后用去离子水洗涤得到还原后的基底材料，其中，所述还原液是次亚磷酸钠的水溶液，所述的还原液中次亚磷酸钠的浓度为25～30g/L；(4)化学镀镍：室温下，将步骤(3)所述还原后的基底材料置于化学镀液中反应10～20min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中六水合硫酸镍浓度为20～25g/L，柠檬酸三钠浓度为10～15g/L，次亚磷酸钠浓度为25～30g/L，氯化铵浓度为25～30g/L，所述化学镀液PH值为8.5～9.5；(5)后处理：在120℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应8h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的镍布集流体，其中，所述混合溶液由氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺、去离子水组成，所述氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺的摩尔比为3：5，所述六次甲基四胺与去离子水的摩尔体积比为1mmol：6mL。...

【技术特征摘要】
1.一种镍布集流体的制备方法，其特征在于：所述方法是以纱布为基底，依次将基底进行粗化、敏化活化、还原及化学镀镍及后处理工艺，从而使金属导电镍层均匀包覆在基底的纤维上，所述方法具体包含如下步骤：(1)基底粗化：在70℃条件下，将基底材料放入粗化液中浸泡20～30min，然后用去离子水洗涤得到粗化后的基底材料，其中，所述粗化液是氢氧化钠的水溶液，所述粗化液中氢氧化钠的浓度为150～200g/L。(2)敏化活化：室温下，将步骤(1)所述粗化好的基底材料放入敏化活化液中浸泡5～10min，然后用去离子水洗涤得到敏化活化后的基底材料，其中，所述敏化活化液是由氯化钯、氯化亚锡、氯化钠、盐酸组成的混合溶液，所述敏化活化液中氯化钯的浓度为0.15～0.2g/L、氯化亚锡的浓度为10～15g/L、氯化钠的浓度为150～170g/L，盐酸的浓度为5～10ml/L；(3)还原：室温下，将敏化活化后的基底材料放入还原液中浸泡2～5min，然后用去离子水洗涤得到还原后的基底材料，其中，所述还原液是次亚磷酸钠的水溶液，所述的还原液中次亚磷酸钠的浓度为25～30g/L；(4)化学镀镍：室温下，将步骤(3)所述还原后的基底材料置于化学镀液中反应10～20min，使基底表面镀上金属镍层，其中，所述化学镀液是由六水合硫酸镍、柠檬酸三钠、次亚磷酸钠、氯化铵组成的混合溶液，所述化学镀液中六水合硫酸镍浓度为20～25g/L，柠檬酸三钠浓度为10～15g/L，次亚磷酸钠浓度为25～30g/L，氯化铵浓度为25～30g/L，所述化学镀液PH值为8.5～9.5；(5)后处理：在120℃条件下，将步骤(4)中制得的表面镀有金属镍层的基底材料置于混合溶液中水热反应8h，取出，用去离子水和无水乙醇洗涤干燥后，得到所述的镍布集流体，其中，所述混合溶液由氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺、去离子水组成，所述氯化钴和/或六水合氯化镍、六次甲基四胺的摩尔比为3：5，所述六次甲基四...

【专利技术属性】
技术研发人员：万厚钊，王浩，王聪，甘億，张军，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42