[發明專利]箔材/碳復合多孔集流體、正負極片及鋰電池的制備方法

在審

• 申請號: 201710094668.0
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106848323A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 容亮斌;張國恒;朱丹;鄧昌源;許輝;饒睦敏
• 申請（專利權）人: 深圳市沃特瑪電池有限公司
• 主分類號: H01M4/64
• 分類號: H01M4/64;H01M4/66;H01M4/139;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種箔材/碳復合多孔集流體的制備方法及鋰電池。

【背景技術】

目前新興的電動運輸系統、電力儲能系統要求電池有更高的能量密度和更好的循環壽命，同時要求低成本且具有良好的安全性。而鋰電池因具有能量密度大、循環性能好、重量輕等眾多優點，能滿足當前的要求。常用的鋰電池正極集流體和負極集流體分別是鋁箔和銅箔，在電池極片制作中通過涂覆含有活性物質、導電劑、粘結劑、分散劑等混合漿料到集流體箔材上。但常規電池使用的箔材存在與活性材料層間接觸不牢的問題，進而導致接觸電阻過大等問題。為解決此問題，目前是在箔材表面涂覆一層導電碳層來降低接觸電阻，但此導電碳層與箔材之間仍然是靠粘結劑結合來實現，結合力不足的問題依然存在。而離子注入是一種材料表面改性技術，可將所需的元素離子通過離子束入射到待改性的材料中，起到優化材料表面性能的作用。此外，采用純銅箔或鋁箔作為極片，表面密度較大，質量占比較重，降低了鋰電池能量的密度；且極片單向的接觸面僅有一個平面，與活性材料接觸面積較小，容易造成厚度層面的極化。

鑒于以上所述，實有必要提供一種新型的箔材/碳復合多孔集流體的制備方法及鋰電池來克服以上缺陷。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種箔材/碳復合多孔集流體的制備方法及鋰電池，通過離子注入法，將碳離子注入到多孔箔材集流體的表面，起到表面改性作用，有利于提升多孔箔材集流體的結合力，并減少碳層與多孔箔材集流體的電阻。另外，應用本發明的箔材/碳復合多孔集流體制備的鋰電池，因多孔箔材集流體的立體孔隙結構，可降低多孔箔材集流體在鋰電池中的重量占比，并提高多孔箔材集流體與正負極活性材料的接觸面積，進一步提升電化學性能。

為了實現上述目的，本發明提供一種箔材/碳復合多孔集流體的制備方法，包括如下步驟：

S11去污干燥：將多孔箔材集流體去除油污并干燥；

S12離子注入：先將干燥后的多孔箔材集流體置入離子注入裝置中，密封后通入惰性氣體中，然后利用高速離子注入的方法，將碳元素注入到所述多孔箔材集流體的一面；其中，所述復合多孔集流體的離子注入量為0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入時間為1～20分鐘，注入能量為1-10keV；以相同的參數重復一次本步驟，在所述多孔箔材集流體的另一面注入等量的碳元素，經清洗烘干后得到箔材/碳復合多孔集流體。

具體的，步驟S11中所述多孔箔材集流體的厚度為：8～18μm，孔隙率為：10％～50％，所述多孔箔材集體為泡沫鋁或者泡沫銅。

具體的，步驟S11具體為分別用甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇中的一種或多種及去離子水在超聲波清洗儀中去除所述多孔箔材集流體的表面的油污，然后將所述箔材集流體在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分鐘。

具體的，步驟S12中所述的惰性氣體為氬氣、氮氣的一種或多種。

一種正極極片的制備方法，包括以下步驟：

S21去污干燥：將泡沫鋁去除油污并干燥；

S22離子注入：先將干燥后的泡沫鋁置入離子注入裝置中，密封后通入惰性氣體中，然后利用高速離子注入的方法，將碳元素注入到所述泡沫鋁的一面；其中，所述泡沫鋁的離子注入量為0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入時間為1～20分鐘，注入能量為1-10keV；以相同的參數重復一次本步驟，在所述泡沫鋁的另一面注入等量的碳元素，經清洗烘干后得到鋁箔/碳復合多孔集流體；

S23將正極活性材料、粘結劑、導電劑按質量比92～96:2～4:2～4混合分散成均勻的正極材料，然后將所述正極材料在所述鋁箔/碳復合多孔集流體上進行雙面涂覆，最后經過干燥、對輥、裁片處理后制得正極極片。

一種負極極片的制備方法，包括以下步驟：

S31去污干燥：將泡沫銅去除油污并干燥；

S32離子注入：先將干燥后的泡沫銅置入離子注入裝置中，密封后通入惰性氣體中，然后利用高速離子注入的方法，將碳元素注入到所述泡沫銅的一面；其中，所述泡沫銅的離子注入量為0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入時間為1～20分鐘，注入能量為1-10keV；以相同的參數重復一次本步驟，在所述泡沫銅的另一面注入等量的碳元素，經清洗烘干后得到銅箔/碳復合多孔集流體；

S33將負極活性材料、粘結劑、導電劑按質量比90～96:2～4:2～6混合分散成均勻的負極材料，然后將所述負極材料在所述銅箔/碳復合多孔集流體上進行雙面涂覆，最后經過干燥、對輥、裁片處理后制得負極極片。