[發(fā)明專利]一種鋰離子電池集流體用的多孔鋁箔及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN112054212B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱紀欣;丁瑩;張橋;王雪友
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學
• 主分類號: H01M4/80
• 分類號: H01M4/80;H01M4/66;H01M4/139;H01M10/0525;C23F1/14
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 吳頻梅

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池集流體用的多孔鋁箔及其制備方法和應(yīng)用，利用微波技術(shù)在鋰離子電池用的鋁箔集流體上快速刻蝕成多孔的制備方，屬于鋰離子電池集流體的制備技術(shù)領(lǐng)域。將金屬鹽溶解在去離子水中，在商業(yè)鋁箔上鋪滿薄薄一層進行微波反應(yīng)，加快刻蝕速度；通過增加微波次數(shù)，得到蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)均勻分布的多孔鋁箔。該制備方法具有耗時短、能耗低、反應(yīng)可控、操作簡單等優(yōu)點，可應(yīng)用于鋰離子電池及能量儲存中。微波后的鋁箔表面更加親水，利于正極材料的涂覆，可以有效應(yīng)用于鋰離子電池中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在鋰離子電池集流體用的多孔鋁箔的制備方法，屬于鋰離子電池集流體的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

化石燃料的快速消耗和環(huán)境的破壞提倡清潔、安全和可持續(xù)的能源，因此研究的重點已轉(zhuǎn)向清潔能源，包括能源的收獲和轉(zhuǎn)化、儲存、管理和有效利用。在所有的儲能系統(tǒng)中，鋰離子電池(LIBs)由于其低的還原電位(3.04V vs SHE)和高的質(zhì)量容量(3850mA h g^-1)，成為便攜式電子產(chǎn)品和汽車不可替代的電源。對于大多數(shù)商業(yè)鋰離子電池，負極的集流體一般為12μm厚的Cu箔，正極的集流體一般為20μm厚的Al箔。電池性能主要由活性材料的內(nèi)在特性決定。除了決定電池電化學性質(zhì)的電極材料外，電池內(nèi)部的隔膜、電解質(zhì)和電流集流體也對電池的性能至關(guān)重要。

作為電池的重要組成部分，正極和負極的電流集流體都用來支撐活性材料，在活性材料和外部電路之間傳遞電子。鋁箔作為正極材料的電流集流體，應(yīng)用于鋰離子電池中常常遇到表面疏水的問題，使得活性物質(zhì)不能均勻分布在集流體表面。現(xiàn)有的鋁箔表面處理有表面粗化、清潔處理以及在鋁箔表面涂上導電碳。其中通過在鋁箔表面涂上一層薄薄的導電碳來提升電池的性能已經(jīng)普遍用于商業(yè)鋰離子電池的應(yīng)用中。但是，由于涂碳鋁箔工藝相對復雜、成本高，亟待開發(fā)一種工藝簡單、成本低的鋁箔表面修飾的方法。

蜂窩形多孔結(jié)構(gòu)的材料由很多的多邊形孔在二維平面上聚集組成。多孔鋁箔的粗糙程度大于純鋁箔，表面能越高，表面張力更大，粘結(jié)效果更好。目前報道的多孔鋁箔都是孔洞狀的多孔，常用方法為在酸溶液中電解得到多孔鋁箔。P. Simon等對鋁電流收集器箔片進行了電化學腐蝕，這種電化學蝕刻技術(shù)是將鋁箔浸入陽極電流恒定的腐蝕槽中，使鋁箔表面產(chǎn)生點蝕，形成多孔孔洞。陽極電流增強了溶解過程，導致形成直徑只有幾微米的深溝道。人而微波技術(shù)是一種通過釋放微波產(chǎn)生活化電子，活化電子在硝酸鐵溶液中與金屬鋁箔反應(yīng)，快速刻蝕鋁箔。與傳統(tǒng)的加熱相比，微波反應(yīng)具有速度快、能量高、可大批量生產(chǎn)的優(yōu)點。本設(shè)計通過微波反應(yīng)可加快硝酸鐵對鋁箔的刻蝕，是一種高效、成本低以及耗時短的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋰離子電池集流體用的多孔鋁箔及其制備方法和應(yīng)用，利用微波技術(shù)對金屬鋁箔進行修飾產(chǎn)生孔隙分布均勻的蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)的方法，微波后的鋁箔表面更加親水，利于正極材料的涂覆，可以有效應(yīng)用于鋰離子電池中，該方法具有時間短、效率高、節(jié)約能源、成本低以及操作工藝簡單等特點，解決了傳統(tǒng)合成方法中的速度慢、操作麻煩和成本高等缺點。

本發(fā)明提出的技術(shù)方案是：一種鋰離子電池集流體用的多孔鋁箔的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

a、配制前驅(qū)體溶液：將0.01～10g硝酸鐵溶于1～50mL水相中溶解；

b、將a中的前驅(qū)體溶液滴到鋁箔上，每克鋁箔滴加10～800mL的硝酸鐵溶液，使得鋁箔浸沒在前驅(qū)體溶液中，進行微波反應(yīng)，將反應(yīng)后的鋁箔用水沖洗干凈，即可快速得到蜂窩狀多孔的鋁箔；

c、重復b的操作1-50次，即可快速得到孔隙分布均勻的蜂窩狀多孔鋁箔。

優(yōu)選的，所述步驟a中的硝酸鐵溶液濃度為0.1g/mL，所述步驟b中的溶液滴加量為每克鋁箔187.5mL，所述步驟b中的微波時間為30s，所述步驟c中的溶液滴加量為每克鋁箔62.5mL，所述步驟c中的重復次數(shù)為29次。

優(yōu)選的，所述步驟b中的微波時間為5～300s。