[發明專利]一種銅箔表面三維結構的構造方法

有效

• 申請號: 201711466511.2
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108110258B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 張全生;黨國舉;周敦凡;閔凡奇;張紹乙;張紹凡;樊亞平
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: H01M4/80
• 分類號: H01M4/80;H01M4/66;C23F1/34;C25F3/22
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發明公開了一種銅箔表面三維結構的構造方法。該方法以銅箔為處理對象，先電化學拋光處理銅箔表面，接著通過化學氧化法在銅箔表面刻蝕不同表觀結構的三維形貌，然后通過不同的烘干方式，使銅箔表面表現不同的親疏水性，最后與金屬鋰共熔還原，再用乙醇處理即得到表面具有三維結構的銅箔。本方法制得的銅箔集流體能很好保持化學氧化刻蝕后的微納米形貌，而且這種三維結構的集流體還可以作為鋰電池金屬鋰負極的載體，適合大電流充放，可以使金屬鋰沉積于微孔內部，避免金屬鋰平面生長的尖端效應，抑制鋰枝晶的生長，降低鋰電池的可逆容量損失，使鋰電池具有良好的循環性能及高的安全性能，并具有較高的能量密度。

技術領域

本發明屬于電化學電源集流體處理技術領域，具體的說，涉及一種銅箔表面三維結構的構造方法。

背景技術

近年來，鋰電池發展迅速，國家大力主導新能源行業的發展，傳統的鋰電池集流體已經無法滿足現階段能量密度對其性能的要求，高比能集流體的發展已經成為主流趨勢，而且傳統石墨作為負極也已經無法滿足現在電池所要求的能量密度，金屬鋰作為負極應用于電池是大勢所趨。

金屬鋰負極的優勢，具有極高的容量密度(3860mAh/g)和最低的電勢(-3.040vs標準氫電極)，但金屬鋰作為電池負極時，在充放電過程中由于電流密度及鋰離子分布不均等因素，鋰離子在負極表面不均勻沉積形成枝晶，枝晶生長不僅會刺穿隔膜造成短路，而且電池在循環過程中會反復消耗電解液，降低負極利用率，從而造成鋰離子電池循環性能差、安全性能低。

目前在銅箔表面制備多孔銅表面的方法包括去合金法(CN102943187A、CN101956090A等)、電沉積法(CN103046088A、CN104057099A等)，合金法步驟復雜，條件苛刻，得到的多孔銅為納米級，而且純度不高，不適合鋰負極負載、電沉積得到的多孔銅的機械強度達不到作為集流體的要求，而且要求復雜。中國專利CN104716330A公開了一種采用氨水氫氧化鈉堿腐蝕法并用氫氣還原的方法制備多孔銅，采用單純堿腐蝕法不僅耗費時間長，而且經氫氣還原時對氫氣濃度及還原溫度要求嚴格，要不然很容易出現還原過熱造成銅顆粒之間重新熔接，改變了原有三維形貌。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的是提供一種簡單而有效的一種銅箔表面三維結構的構造方法。該構造方法構造的三維結構性能穩定，構造的銅箔比表面積大。

本發明的技術方案具體介紹如下。

本發明提供一種銅箔表面三維結構的構造方法，以銅箔為處理對象，先電化學拋光處理銅箔表面，接著通過化學氧化法在銅箔表面刻蝕不同表觀結構的三維形貌，然后通過不同的烘干方式，使銅箔表面表現不同的親疏水性，最后與金屬鋰共熔還原，再用有機溶劑處理即得到表面具有三維結構的銅箔。

本發明中，一種銅箔表面三維結構的構造方法，具體步驟如下：

1)以銅箔為陽極，石墨或鉛板為陰極，拋光液為電解液，通過電解方式對銅箔表面進行拋光；

2)將拋光后的銅箔浸入到化學刻蝕液中，刻蝕結束后，烘干；

3)在烘干后的銅箔上放置一金屬鋰片，再將二者共封于容器中，在惰性氣體氣氛下進行熱處理；

4)將熱處理后的銅箔浸入有機溶劑中，待反應掉多余的金屬鋰及其氧化物后，烘干，從而得到具有三維集流體結構的銅箔。

本發明中，步驟1)中，拋光液是質量百分比濃度為0.1％-10％的無機酸溶液；電解密度為1-5A/dm²，電解時間為5s-60s。銅箔的電化學拋光的目的是除去銅箔表面的氧化膜或油污，使銅箔表面晶粒裸露出來，使得下一步處理可以得到均勻的三維結構形貌。

本發明中，步驟1)中，拋光液為硫酸、鹽酸或磷酸中任一種。