一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法及其产品和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法及其产品和应用，采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯制备聚吡咯涂层，然后进一步电沉积聚苯胺，在金属表面形成聚吡咯/聚苯胺复合涂层；通过循环伏安法在金属材料表面制备聚吡咯/聚苯胺复合涂层，并将其用以锂离子电池负极集流体，可克服现有技术中锂离子电池负极集流体在使用过程中发生腐蚀导致集流体与电极材料分离，从而破坏锂离子电池的使用寿命和循环性能的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法及其产品和应用
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法及其产品和应用。
技术介绍
随着经济的不断发展，人们对锂电池的储能密度、放电功率、安全性等要求也越来越高，诸如目前正在快速发展的电动汽车和电站储能等领域。随着人类社会的发展，温室效应、雾霾和酸雨等现象的危害越来越严重，因此人类对锂离子电池各方面的要求也越来越高。高性能的锂离子电池因其巨大的应用前景已经被列为首要研究对象之一。锂离子电池的四个主要组成部分分别是正极、负极、电解液和隔膜。而常规锂离子电池的负极由石墨、导电剂、粘结剂、集流体四部分组成，将前三种材料涂覆于集流体上，经过一系列工艺后制成电极。然而，随着锂离子电池使用时间的延长，集流体在电解液中会逐渐发生腐蚀反应，生成的腐蚀产物可能会导致集流体与电极材料分离，从而破坏锂离子电池的使用寿命和循环性能。当今的导电聚合物主要是聚吡咯，聚苯胺和聚噻吩的衍生物。其中聚吡咯作为高分子导电聚合物，具有高导电性、高稳定性并且易于合成等优点，在金属和合金材料的腐蚀防护、电化学、光学等领域均有着广泛的应用前景。聚吡咯一般通过电化学聚合法和化学聚合法两种方法制备，自被发现的二十多年来，因其物理屏蔽和表面钝化作用，已被应用于多种金属(如钢、铁、铝、铜)的防腐。但是，目前对锂离子电池集电器的腐蚀性能的研究主要集中在正极集电器上，关于锂离子电池负极集电器的耐腐蚀性的研究很少。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法及其产品和应用，通过循环伏安法在金属材料表面制备聚吡咯/聚苯胺复合涂层，并将其用于锂离子电池负极集流体，可克服现有技术中锂离子电池负极集流体在使用过程中发生腐蚀导致集流体与电极材料分离，从而破坏锂离子电池的使用寿命和循环性能的技术问题。本专利技术的技术方案之一，一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯制备聚吡咯涂层，然后进一步电沉积聚苯胺，在金属表面形成聚吡咯/聚苯胺复合涂层。进一步地，所述金属材料为铜或铝。进一步地，所述金属材料在电沉积聚吡咯前用砂纸打磨金属材料表面至600～800#。进一步地，所述采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯具体包括：以金属材料为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铜片为辅助电极；以吡咯单体和草酸的混合溶液为电解液，其中吡咯浓度0.2-0.4mol/L，电解液中吡咯和草酸摩尔比为1︰1.4～1.6；工作温度为室温环境下，扫描电位区间为-0.2～1.05VSCE，扫描速率为0.02～0.03V/s，循环次数为10次。进一步地，所述沉积聚苯胺具体包括：以聚吡咯涂层金属材料为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铜片为辅助电极；以苯胺和草酸钠混合溶液为电解溶液为电解液，其中苯胺浓度0.2-0.5mol/L，电解液中苯胺和草酸钠的摩尔比为1︰1.2～1.4；工作温度为室温环境下，扫描电位区间为-0.4～1.6VVS，扫描速率为0.02～0.03V/s，循环次数为10次。本专利技术的技术方案之二，上述金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法所制备的聚吡咯/聚苯胺复合涂层金属材料。本专利技术的技术方案之三，上述聚吡咯/聚苯胺复合涂层金属材料作为锂离子电池负极集流体的应用。进一步地，当聚吡咯/聚苯胺复合涂层金属材料作为锂离子电池负极集流体时，所述金属材料为铜箔。铜箔因其具有优异的导电性，出色的柔韧性，相对较低的成本等优点，且铜作为负极集流体只有很少的嵌锂容量，故在锂电池的阴极电位下不易受到侵蚀，因此铜箔是锂离子电池负极集流体的最佳材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：通过采用循环伏安法先电沉积制备聚吡咯并通过严格控制制备条件，有利于提高最终涂层的导电性能；通过在沉积过程中选用高单体浓度(0.4M)的吡咯，控制扫描电位区间为-0.2～1.05VSCE，扫描速率为0.02～0.03V/s，循环次数为10次，制备出具有更好的阻挡层特性、氧化还原特性和与基体结合紧密的聚吡咯涂层；然后置于含有苯胺和草酸钠的混合溶液中，通过控制扫描电位区间为-0.4～1.6Vvs，扫描速率为0.02～0.03V/s，循环次数为10次，制备出具有优异耐腐蚀性、内部结构致密性更好的聚吡咯/聚苯胺复合涂层，能有效抑制孔隙的产生，提高涂层性能。本专利技术原料成本低，制备工艺简单，能够在金属材料表面制得结合紧密，耐腐蚀性优异的聚吡咯/聚苯胺复合涂层，可适用于锂离子电池负极集流体或电化学过程中受电解液腐蚀的材料的涂层。由于聚吡咯/聚苯胺复合涂层在电化学过程中未发生导电不良、点腐蚀等现象，因此通过采用循环伏安法在集流体表面电沉积聚吡咯/聚苯胺复合涂层即能实现提高锂离子电池负极集流体的耐腐蚀性，实现锂离子电池负极集流体表面防护的技术目的，提高集流体的耐腐蚀性，延长其使用寿命，并且工艺简单，节省材料，制备的涂层能与基体之间结合良好。附图说明图1为实施例1步骤(4)以草酸为掺杂剂在铜箔表面合成聚吡咯涂层的电位-电流曲线。图2为实施例1步骤(5)在苯胺+草酸钠溶液中于聚吡咯/铜箔电极表面合成聚苯胺的电位-电流曲线。图3为实施例1中制备的聚吡咯/聚苯胺复合涂层的SEM图和EDS分析图。图4为对比例1中制备的铜箔样品表面SEM图。图5为对比例2制备的单一涂层聚吡咯涂层的SEM图和EDS分析图。图6为实施例1中制备的聚吡咯/聚苯胺复合涂层的在电解液中腐蚀500h后的SEM图和EDS分析图。图7为对比例1中制备的铜箔样品在电解液中腐蚀500h后的SEM图和EDS分析图。图8为对比例2中制备的单一涂层聚吡咯涂层在电解液中腐蚀500h后的SEM图和EDS分析图。图9为实施例1中制备的聚吡咯/聚苯胺复合涂层在电解液中浸泡500h后的Nyquist图和Bode图。图10为对比例1中制备的铜箔样品在电解液中浸泡500h后的Nyquist图和Bode图。图11为对比例2中制备的单一涂层聚吡咯涂层在电解液中浸泡500h后的Nyquist图和Bode图。图12为效果验证2用于拟合的等效电路。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯制备聚吡咯涂层，然后进一步电沉积聚苯胺，在金属表面形成聚吡咯/聚苯胺复合涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯制备聚吡咯涂层，然后进一步电沉积聚苯胺，在金属表面形成聚吡咯/聚苯胺复合涂层。


2.根据权利要求1所述的金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料为铜或铝。


3.根据权利要求1所述的金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述金属材料在电沉积聚吡咯前用砂纸打磨金属材料表面至600～800#。


4.根据权利要求1所述的金属材料表面耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述采用循环伏安法在金属材料表面电沉积聚吡咯具体包括：
以金属材料为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铜片为辅助电极；
以吡咯单体和草酸的混合溶液为电解液，其中吡咯浓度0.2-0.4mol/L，电解液中吡咯和草酸摩尔比为1︰1.4～...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛焱，陶明生，吕云蕾，黄杰，周立波，陈荐，任延杰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43