[實用新型]一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820523318.1
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN208385528U
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁偉;邱志強;潘保有;羅健;黃詩敏;湯勇
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01M4/80
• 分類號: H01M4/80;H01M10/0525;B23P15/00
• 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;馮振寧

本實用新型公開了一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體，該復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體包括光滑底面和具有復(fù)合微結(jié)構(gòu)的頂面；頂面包括微凸臺和溝槽，微凸臺被溝槽所環(huán)繞；微凸臺上設(shè)有內(nèi)凹孔、鱗狀毛刺和沉陷結(jié)構(gòu)。本實用新型可有效增大集流體的表面積，從而增強活性物質(zhì)與集流體的接觸性，提高活性物質(zhì)的利用率和電極的導(dǎo)電性，進而增大電池的容量，降低電池的阻抗和改善電池的倍率性能。此處，溝槽、內(nèi)凹孔、鱗狀毛刺和沉陷等復(fù)合微結(jié)構(gòu)可限制活性物質(zhì)在電池充放電過程中劇烈的體積變化，從而延長電池壽命，提高電池的可逆容量、循環(huán)穩(wěn)定性、庫倫效率等電化學性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體。

背景技術(shù)

鋰離子電池問世僅僅不到三十年，相比于閥控鉛酸蓄電池、可充電鎳鎘電池或鎳氫電池來說，鋰離子電池以其單位能量密度高、可適用范圍廣泛以及優(yōu)異的大電流放電性能等優(yōu)勢成為這些二次電池中的佼佼者。新世紀初，隨著新能源動力汽車的研制與發(fā)展，以降低能源消費帶來的環(huán)境污染、替代基于化石燃料的陳舊能源結(jié)構(gòu)為目的能源改革正在推進，以鋰離子電池為核心的能源構(gòu)架正獲得廣泛的認同與接受。

鋰離子電池的集流體應(yīng)具有重量輕、機械強度高、表面積大、在電解液中電化學穩(wěn)定性好、與活性物質(zhì)接觸性好等優(yōu)點。目前商業(yè)化的銅箔集流體為雙面光、單面毛和雙面毛的電解銅箔，其表面結(jié)構(gòu)過于單一。活性物質(zhì)直接涂覆在缺乏特殊表面結(jié)構(gòu)的集流體上，兩者只是簡單的機械結(jié)合，存在結(jié)合強度不高，結(jié)合有效面積低等缺點，導(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體的接觸電阻過大，并進一步造成電池可逆容量低、倍率性能差和容量穩(wěn)定性差等問題，從而影響電池的綜合性能。

一些學者為了改善鋰離子電池性能，利用模板法制造三維多孔銅箔集流體或者用柔性碳紙和高效導(dǎo)電紙代替銅箔集流體。這些制備集流體的材料和方法還需進一步研究。為了提高活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合強度和電極導(dǎo)電性能，研究具有特殊表面功能結(jié)構(gòu)的集流體及其關(guān)鍵制造技術(shù)方法，使集流體與活性物質(zhì)顆粒之間形成相互緊密嚙合的界面，從而減小活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻、降低活性物質(zhì)體積變化帶來的容量衰減問題具有重要的意義。

實用新型內(nèi)容

為了提高集流體與活性物質(zhì)的結(jié)合強度，減小兩者之間的接觸電阻，提高電極導(dǎo)電性能，從而提高鋰離子電池的充放電容量及其穩(wěn)定性，本實用新型的目的是提供一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體。所述的復(fù)合微結(jié)構(gòu)銅集流體具有溝槽，內(nèi)凹孔，鱗狀毛刺，沉陷等復(fù)合微結(jié)構(gòu)。所述的內(nèi)凹孔、鱗狀毛刺和沉陷結(jié)構(gòu)位于集流體頂面的微凸臺上；所述的微凸臺被溝槽所環(huán)繞。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體，該復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體包括光滑底面9和具有復(fù)合微結(jié)構(gòu)的頂面；所述頂面包括微凸臺10 和溝槽11，所述微凸臺10被溝槽11所環(huán)繞；所述微凸臺10上設(shè)有內(nèi)凹孔、鱗狀毛刺和沉陷結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體的材料是金屬銅。

以上所述的一種用于鋰離子電池的復(fù)合微結(jié)構(gòu)集流體的制備方法，包括如下步驟：(1)犁切刀具的設(shè)計和銅片的預(yù)處理；(2)犁切加工銅集流體表面微結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述犁切刀具的設(shè)計和銅片的預(yù)處理，包括以下步驟：

(1)犁切刀具的設(shè)計：犁切刀具前角α＝40°～50°,后角κ＝20°～30°, 擠壓刃傾角β＝15°～30°，成型角θ＝10°～20°，犁切刀具寬度 B₀＝10～20mm和厚度L_t＝2～4mm；

(2)銅片的預(yù)處理：用砂紙對銅片進行打磨，使銅片兩表面平整，隨后將銅片置于覆銅板表面清洗劑中浸泡并不斷攪拌，使銅片兩表面光滑。

進一步優(yōu)選的，所述犁切刀具的材料為W18Cr4V。

進一步優(yōu)選的，所述銅片是圓形的。