[發(fā)明專利]一種Ni基合金-石墨烯集流體及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011304736.X
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112421026B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文;屠芳芳;陳冬;劉桃松;李敏;張焱;楊東輝;胡雨萌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江南都電源動(dòng)力股份有限公司;杭州南都動(dòng)力科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525;C01B32/182
• 代理公司: 杭州裕陽(yáng)聯(lián)合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 田金霞

本發(fā)明涉及一種能夠避免活性物質(zhì)脫落導(dǎo)致的性能失效，提升電芯電化學(xué)性能，提升安全性能的Ni基合金?石墨烯集流體及其制備方法與應(yīng)用，集流體兩側(cè)涂覆或沉積有復(fù)合鍍層，所述復(fù)合鍍層為以石墨烯為核，誘導(dǎo)Ni?B合金生長(zhǎng)的非晶納米晶復(fù)合鍍層。本發(fā)明制備的Ni基合金?石墨烯層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，能夠適應(yīng)LITFSI等各種體系的電解液；石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，能夠降低活性物質(zhì)與集流體直接的接觸電阻，提升電芯電化學(xué)性能；制備的復(fù)合鍍層與集流體和活性物質(zhì)直接均有很強(qiáng)的結(jié)合力，能夠避免活性物質(zhì)脫落導(dǎo)致的性能失效；石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，能夠降低電芯熱失控現(xiàn)象，提升安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池領(lǐng)域，涉及一種集流體，尤其涉及一種能夠避免活性物質(zhì)脫落導(dǎo)致的性能失效，提升電芯電化學(xué)性能，提升安全性能的Ni基合金-石墨烯集流體及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

自從1990年索尼(Sony)將鋰電池商品化以來(lái)，鋰電池得到快速發(fā)展，其能量密度、循環(huán)壽命、安全性能有了顯著提高，占據(jù)的市場(chǎng)規(guī)模日益增加，預(yù)計(jì)2020年全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)超過(guò)2000億Wh，年均復(fù)合增長(zhǎng)率接近25％。

但是隨著市場(chǎng)對(duì)鋰電池性能的要求越來(lái)越高，人們一直致力于提升和改變鋰電池的能量密度、循環(huán)壽命和安全問(wèn)題。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，鋰電池的能量密度影響到汽車的續(xù)航里程，循環(huán)壽命則會(huì)影響到汽車的使用壽命和后續(xù)維護(hù)，而安全性能成為了高能量密度電池大規(guī)模應(yīng)用于電動(dòng)汽車的主要障礙。

目前鋰離子電池集流體正極采用鋁箔，負(fù)極采用銅箔。兩種集流體具有延展性高，導(dǎo)電性好，價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于鋰離子電池中。

單一的銅箔或鋁箔耐電解液腐蝕性能不佳，尤其在LITFSI等體系電解質(zhì)中尤為顯著，此外與正負(fù)極活性物質(zhì)粘接性較差，容易出現(xiàn)極片掉料等現(xiàn)象，導(dǎo)致電芯容量降低，內(nèi)阻增加，循環(huán)失效，甚至引發(fā)熱失控，造成安全隱患。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種Ni基合金-石墨烯集流體，能夠避免活性物質(zhì)脫落導(dǎo)致的性能失效，提升電芯電化學(xué)性能，提升安全性能。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是為了提供該集流體的制備方法。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是為了提供該集流體的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種Ni基合金-石墨烯集流體，所述集流體兩側(cè)涂覆或沉積有復(fù)合鍍層，所述復(fù)合鍍層為以石墨烯為核，誘導(dǎo)Ni-B合金生長(zhǎng)的非晶納米晶復(fù)合鍍層。

在本技術(shù)方案中，本發(fā)明在集流體兩側(cè)通過(guò)電沉積，化學(xué)鍍等方式涂覆一層Ni基合金-石墨烯納米復(fù)合鍍層。在鎳基合金電解液中分散一定比例的石墨烯納米顆粒，將集流體置于電解液中在電流作用下進(jìn)行沉積，石墨烯顆粒在沉積過(guò)程中在電流作用下會(huì)在陰極表面積聚，成為活性成核點(diǎn)，誘導(dǎo)鎳基合金成核生長(zhǎng)，在基底表面形成均勻致密的非晶納米晶復(fù)合鍍層。制備的鍍層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，導(dǎo)電性能，并與基底材料具有較高的結(jié)合力。

本發(fā)明采用鎳-硼組合的原因：

1.單金屬鎳鍍層容易起皮破裂，均勻性較差；一般采用二元或多元合金的方式提升鍍層致密性及穩(wěn)定性；

2.Ni-B合金具有優(yōu)異的耐高溫性能、較高的強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性、優(yōu)異的耐蝕耐磨性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及焊接性；

3.石墨烯的加入能夠在沉積是成為活性成核點(diǎn)，誘導(dǎo)合金成核生長(zhǎng)，同時(shí)石墨烯具有有一定的導(dǎo)電性能、耐腐蝕性能、導(dǎo)熱性能，能滿足鋰離子電池需求。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述石墨烯包括單層或多層石墨烯，粒徑0.1-20μm，厚度0.5-20nm，純度≥89％。