[發明專利]一種集流體覆碳鋁箔及其制備方法

無效

• 申請號: 201210214297.2
• 申請日: 2012-06-27
• 公開（公告）號: CN102832392A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 張治安;屈長明;賴延清;章智勇;盧海;賈明
• 申請（專利權）人: 長沙業翔能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/04;H01G9/045
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 魏娟

技術領域

本發明屬于新能源領域，具體涉及一種集流體覆碳鋁箔及其制備方法，特別涉及鋰離子電池，超級電容器電極中使用集流體的制備。

背景技術

隨著傳統資源和能源日益緊缺、環境問題日趨嚴重，可持續發展成為人類社會發展的新理念，開發新的能源儲存及轉換技術已經成為各國的能源戰略重點。其中在二次電源技術中，鋰離子電池由于能量密度高，工作電壓高，循環壽命長，自放電小等諸多優點成為新時期最具發展潛力的技術。而目前鋰離子電池的電極集流體材料，負極一般采用金屬銅箔，正極采用金屬鋁箔，但是這種箔材型集流體在空氣中易被氧化，特別是鋁箔，在表面形成了一層氧化鈍化膜。將活性漿料直接涂布在鋁箔集流體上，會造成界面阻抗增大，致使電極極片的電子導電性和離子導電性均較差，鋁集流體與電極活性材料層的粘附性變差，充放電過程中鋁集流體表面出現腐蝕時，都會使電池內阻增加，導致容量損失和放電效率降低。為了解決該問題，采用在鋁箔上涂覆導電層來改善鋁箔集流體導電性。

朱濟群等人在申請專利（CN101958418A）中使用磁控濺射方法在鋁箔表面沉積一層厚度約為3~15μm的含碳層，在保證其導電性的同時，提高了鋁箔的耐腐蝕性能，有助于增強電池的循環和安全性能。近藤敬一、島本秀樹在專利（CN1910711B）中先將鋁箔進行等離子預處理，在通過真空沉積、濺鍍和化學氣相沉積法將碳施加在鋁箔上，并加熱到合金化溫度以上來形成低內阻鋁碳電極。以上專利中需要使用到氣相沉積、磁控濺射等高耗能處理手段，設備昂貴、工藝控制過程復，不適宜大規模推廣生產。

日本東洋鋁株式會社的井上英俊等人在申請專利（CN102037158A）中提出一種包含鋁箔、含碳層以及二者之間形成的鋁/碳化合物作為媒介物的電極構件，特征制備方法是將含碳物質涂覆在鋁箔基體上，干燥后在含烴物質的密閉空間450~660℃進行熱處理生成鋁/碳化物媒介提高鋁基體和碳層的密接性并降低內阻。潘應君在申請專利（CN101923961A）中提出將導電炭黑、分散劑、有機粘接劑混合后加入溶劑攪拌均勻制成漿料涂覆預處理的鋁箔表面，然后放入真空爐，在真空度10^-4~10^-1Pa、溫度300~660℃條件下熱處理1~40h，形成一層鋁碳復合中間層，自然冷卻到室溫制成鋁碳復合箔。應用在電容器中降低了由于腐蝕鋁箔表面的氧化膜與電解質接觸形成的界面阻抗，材料的比電容由200μF/cm²提高到400μF/cm²。上述專利中制備的鋁碳復合材料都要在還原氣氛或真空條件下高溫處理，在含碳層和鋁箔中間形成一種鋁碳化合物，增強2層間的結合強度。但這種高溫處理方式危險，能耗高，流程長，大大降低了生產效率。

李薦等人在申請專利（CN102426924A）中制備了一種包含無定形碳和石墨顆粒的鋁/碳復合電極箔，其特征是在有機溶劑中加入有機樹脂和石墨粉制成漿料涂覆在鋁箔上，干燥后在隔絕氧氣的條件下進行熱處理。制備出的鋁/碳復合電極箔與有機電解質相容性更好，覆碳材料降低了鋁箔的阻抗，應用在電容器中時提高了電容器的性能。也存在能耗高，流程長問題。

阮殿波等人申請專利（CN1015923962A）中公開了一種將鋁箔基體、石墨導電膠層和活性碳涂覆層疊加后施行輥壓工藝的活性碳電極制備方法，但此法的石墨導電膠層和活性碳涂覆層都使用粘接劑，粘接強度有限，且會增加極片內阻，不能獲得低阻抗和良好粘接性的統一。

在對鋁箔改性的手段中，以上列出的技術都存在處理流程長，能耗高，有一定的危險性，成本高，都不能取得粘接強度和低內阻的統一，很難大范圍推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，提供能減少集流體與活性層的界面阻抗，減少電池的內阻，電池循環壽命和倍率性能得到了提高的集流體覆碳鋁箔。

本發明的另一目的在于提供上述材料的流程短，成本低，效率高制備方法；可使得復合層分散性好，具有良好的粘結性。

本發明的技術方案是：一種集流體覆碳鋁箔，鋁箔基體上含有通過粘結劑結合的含碳復合層，含碳復合層的厚度1~100μm，所述的含碳復合層包括經過分散劑預分散處理后的顆粒狀導電炭黑，以及纖維狀導電碳；顆粒狀導電炭黑和填充在顆粒狀導電炭黑之間的纖維狀導電碳構成網狀節點形式的導電網絡。