[發(fā)明專利]一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106654288B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 袁偉;黃詩敏;潘保有;邱志強;羅健;閆志國;譚振豪;湯勇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體及其制備方法。該銅微米管多孔集流體，由陣列排布的空心銅微米管相互連接而成；所述空心銅微米管呈圓柱狀，且具有粗糙的內外管壁。該制備方法包括：（1）鍍銅碳纖維的制備；（2）鍍銅碳纖維的燒結成型；（3）成型鍍銅碳纖維芯部的高溫熱解；（4）氧化銅微米管的表面還原處理。本發(fā)明的銅微米管多孔集流體增大了與活性物質之間的有效接觸面積，能夠有效減小集流體與活性物質之間的接觸電阻，從而提升電池的可逆容量；銅微米管粗糙的內外表面有利于提高集流體與活性物質之間的結合強度，改善活性物質的粉化脫落現象，從而提高電池充放電容量的穩(wěn)定性與電池的循環(huán)壽命。

技術領域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的出現，加速了現代電子信息產業(yè)向便攜化、輕型化發(fā)展。鋰離子電池因其具有開路電壓高、能量密度大、自放電率小、使用壽命長、無記憶效應、無污染等優(yōu)異性能，已廣泛應用于手機、筆記本電腦、數碼相機、MP3等便攜式消費電子設備上，但其在電動汽車、能量儲存裝置等大型設備上的應用仍處于發(fā)展階段。

鋰離子電池集流體對電池的內阻及循環(huán)性能有著非常重要的影響，它既是電極活性材料的載體，在電化學反應過程中匯集電流，又是內外電路傳輸電子的媒介。其應該具有導電能力良好、在電解液中的穩(wěn)定性好、與電極材料接觸可靠等特點。目前工業(yè)上負極集流體一般采用銅箔，普通的電解銅箔通常只具有雙面光、雙面毛、單面毛、雙面粗化等幾種類型。傳統(tǒng)的電極片制作直接將活性物質涂布于沒有特殊結構的銅箔上，活性物質與集流體的結合屬于普通的機械結合，因此存在結合強度不高，有效接觸面積不足等缺點，這會使得活性物質與集流體之間的接觸電阻增大，降低電池的工作效率。在循環(huán)充放電的過程中，活性物質中反復進行嵌鋰和脫鋰反應，會產生較大的體積膨脹和收縮效應，容易造成活性物質逐漸粉化和脫落，降低電池的可逆容量和循環(huán)壽命，影響電池的綜合性能。

隨著目前對大容量高功率的鋰離子電池的開發(fā)需求越來越大，新型負極集流體的研究也受到了更多關注。為了提高活性物質與集流體的結合強度和電極的導電性能，研究具有表面微細功能結構的集流體的設計與制造工藝，使其與活性物質顆粒之間形成相互緊密嚙合的界面，從而減小活性物質與集流體之間的接觸電阻，降低活性物質體積變化帶來的容量衰減等問題引起了廣泛的研究。例如有學者通過激光加工成型制備了具有微盲孔結構的銅集流體，還有通過固相燒結制備了表面微球結構的銅集流體，測試表明這兩種結構能提供高效的約束力來抑制電極材料的體積膨脹效應，鋰離子電池的電化學性能及力學性能均得到改善。

發(fā)明內容

為了提高鋰離子電池中集流體與活性物質的結合強度，減小兩者之間的接觸電阻，提高電極導電能力，從而提高電池的可逆容量、循環(huán)壽命等電化學性能，本發(fā)明提供了一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體。

本發(fā)明還提供了所述一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體的制備方法。

本發(fā)明通過如下技術方案實現。

一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體，由陣列排布的空心銅微米管相互連接而成；所述空心銅微米管呈圓柱狀，且具有粗糙的內外管壁；所述銅微米管之間的連接方式為固相連接。

所述的一種用于鋰離子電池的銅微米管多孔集流體的制備方法，包括鍍銅碳纖維的制備、鍍銅碳纖維的燒結成型、成型鍍銅碳纖維芯部的高溫熱解和氧化銅微米管的表面還原處理。

進一步地，所述鍍銅碳纖維的制備，包括如下步驟：

（1）表面除膠及氧化處理：將碳纖維置于高溫電阻爐中，空氣氣氛下進行灼燒，去離子水沖洗，真空干燥，得到表面除膠及有腐蝕坑和腐蝕紋理的碳纖維，從而提高銅鍍層的附著力及銅鍍層與碳纖維界面間的機械結合強度；