CN103199261A - 一种锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种覆碳的锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法。铜箔表面覆盖的碳层的厚度为15～28微米，覆碳面积比率为50%～85%。首先是将厚为20～30微米的铜箔用砂纸打磨，然后用酒精棉擦拭打磨后的铜箔表面，达到清除表面杂物和其表面氧化层的目的；采用电火花放电技术，以石墨棒为电火花工作机的导电电极A，以铜箔作为电火花工作机的另一个电极B，使石墨电极在铜箔表面尖端放电，单位面积铜箔表面覆碳面积比率在50%～85%，然后用毛刷清扫没有固定住的碳颗粒，从而制备得到覆碳的锂离子电池负极集流体铜箔。铜箔表面渗碳，主要提高了集流体的导电性，还提高了铜箔表面的塑性、粗糙度、耐蚀性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法。
背景技术
早期的锂离子电池多采用压延铜箔作为负极集流体，但随着电池生产技术的发展和电解铜箔性能的提高，目前国内外大部分锂离子电池厂家多采用电解铜箔制作电池负极集流体。电解铜作为锂离子电池的负极集流体，铜箔在电池中既充当负极活性物质的载体，又充当负极电子流的收集与传输体。对于负极，除了负极活性材料外，铜箔的特性与质量对电池性能和负极制作工艺影响巨大。铜箔的亲水性与本身的资质结构及表面粗糙相关，直接影响到与负极活性物质的接触能力、附着能力、电极制作过程和电极质量，电解铜箔对负极活性物质必须具备较好的粘结强度，以便均匀的涂覆负极活性物质而不脱落，否则会影响到电池内阻和循环使用的寿命。所以，要求铜箔表面有一定的粗糙程度。
发明内容
本发明主要是为了处理锂离子电池的负极集流体铜箔的表面，增加集流体的导电性，减小电池的内阻，增加电池的使用寿命。本发明的目的是提供一种锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法。
本发明采用以下的方案来实现：
一种锂离子电池负极集流体铜箔，其是在铜箔表面采用电火花放电技术镶嵌碳纳米颗粒，使铜箔表面镶嵌的碳层的厚度为15～28微米，嵌碳面积比率为50%～85%。其步骤如下：
首先，将厚为20～30微米的铜箔用砂纸轻轻打磨，然后用酒精棉擦拭打磨后的铜箔表面，达到清除表面杂物和其表面氧化层的目的，对处理完的铜箔进行裁剪，裁剪符合需要的尺寸大小。
采用电火花放电技术，以石墨棒为电火花工作机的导电电极A（电极规格
），以铜箔作为电火花工作机的另一个电极B，使用小功率低电压电火花工作机（型号D9120M）；工作电源150～200V，工作电流1～2.5A，频率50Hz，工作功率在80W～120W，将导电电极A轻压在铜箔上，缓慢移动，电极A移动速度为0.008～0.05米/秒。石墨电极会在铜箔表面尖端放电，保证单位面积铜箔表面嵌碳面积比率在50%～85%，然后用毛刷清扫没有固定住的碳颗粒，从而制备得到嵌碳的锂离子电池负极集流体铜箔。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）本发明是将石墨碳棒所具有的特制碳材料移镀到铜箔表面，负极集流体是用超薄铜箔（20～30微米）裁剪制作而成，铜箔表面渗碳，主要提高了集流体的导电性，还提高了铜箔表面的塑性、粗糙度、耐蚀性和耐磨性。
（2）本发明制备的集流体更能促进负极集流体在锂离子电池电极处的收集电子特性，降低了锂离子电池的内阻，铜箔表面变得粗糙，增加了集流体表面面积，碳层表面拥有许多凸起颗粒可以充分与负极活性材料结合在一起，同时降低了被氧化的可能性，增加了循环使用次数。
（3）本发明所采用的处理方法相比其他方法操作要更简单，操作所需要的条件更少，工作环境比较随意，制备过程无危险性，对人体无害，对环境无污染。
附图说明
图1：锂离子电池的最大容量下降比率曲线；
曲线1为未处理铜箔的超级电容器，曲线2为处理铜箔的超级电容器；
图2：锂离子电池的内阻大小对比曲线；
曲线1为未处理铜箔的超级电容器，曲线2为处理铜箔的超级电容器。
具体实施方式
实施例1
移镀石墨颗粒之前需要用砂纸打磨铜箔表面，然后用酒精棉擦拭铜箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。
在实验室里，采用平均厚23微米的铜箔作为电极B，用石墨棒作为导电电极A，将其装在电火花工作机（D9120M）的振动器上，然后将打磨及干燥处理后的铜箔铺在平整光滑的金属导电板上，并固定住，保持铜箔表面平整，工作机工作电流为1A，将导电电极A轻压在铜箔上，缓慢移动，移动速度为0.008米/秒，借助塑料直尺来密集移镀（沿着直尺划线，移镀到肉眼看不到铜箔表面，只看到深黑的碳）。得到碳层平均厚度为19μm的改性后的铜箔，单位面积的铜箔表面的嵌碳面积比率为63%，用毛刷清扫多余的没固定住的碳颗粒，用吹风机轻吹表面，放在干燥箱里干燥。
采用上述方法制得的铜箔表面碳层厚度19μm，使用此铜箔和普通铜箔作为集流体制备锂离子电池，在其余制备锂离子电池的材料和操作方式都相同的情况下制备钮扣式二次锂离子电池。完成后检测其循环最大容量下降比率的性能（将锂离子电池循环充放电1000次，测量其最大容量的下降比率）。
图1表明，用嵌碳铜箔作为负极集流体的锂离子电池的循环容量下降比率要明显小于普通的锂离子电池的。所以相比之下嵌碳电池的循环性能要优于普通的锂离子电池，可循环使用次数也会多于普通锂离子电池。
实施例2
移镀石墨颗粒之前需要用砂纸打磨铜箔表面，然后用酒精棉擦拭铜箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。
在干燥实验室内，用平均厚度为20μm的铜箔作为电极B，用石墨棒作为导电电极A，将其装在电火花工作机的振动器上，然后将铜箔铺在金属导电板上，保持表面平整，工作机工作电流为1.8A，将电极轻压在铜箔上，缓慢移动，移动速度为0.02米/秒，借助塑料直尺密集移镀（沿着直尺划线，移镀到肉眼看不到铜箔表面，只看到深黑的碳）。得到碳层平均厚度为23μm的改性后的铜箔，单位面积的铜箔表面的嵌碳面积比率为68%，用酒精棉轻轻擦拭铜箔表面，去除多余碳颗粒，之后放到干燥箱内干燥。
采用上述方法制得的铜箔表面碳层厚度23μm，使用此铜箔和普通铜箔作为负极集流体制备锂离子电池，在其余制备锂离子电池的材料和操作方式都相同的情况下制备锂离子电池。完成后检测其导电性能。
图2表明，用嵌碳铜箔制作的锂离子电池内阻明显比普通的锂离子电池的要小。所以相比之下嵌碳电池的导电性要优于普通的锂离子电池，这样大大提高了锂离子电池的能量使用率，减少了耗能。
实施例3
移镀石墨颗粒之前需要用砂纸打磨铜箔表面，然后用酒精棉擦拭铜箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。
在干燥实验室内，用平均厚度为21μm的铜箔作为电极B，用石墨棒作为导电电极A，将其装在电火花工作机的振动器上，然后将铜箔铺在金属导电板上，保持表面平整，工作机工作电流为2.5A，将电极轻压在铜箔上，缓慢移动，移动速度为0.04米/秒，用塑料直尺密集移镀(沿着直尺划线，移镀到肉眼看不到铜箔表面，只看到深黑的碳)。得到碳层平均厚度为21μm的改性后的铜箔，单位面积的铜箔表面的嵌碳面积比率为74%，用酒精棉轻轻擦拭铜箔表面，去除多余碳颗粒，之后放到干燥箱内烘干。
使用上述方法制得的铜箔平均厚度为21μm，使用此铜箔和普通铜箔来充当正极集流体制作锂离子电池，在其余制作工艺相同的情况下，制备的锂离子电池，测量其性能来验证实施例1的结论，所得结论一样。
实施例4
移镀石墨颗粒之前需要用砂纸打磨铜箔表面，然后用酒精棉擦拭铜箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。
在干燥实验室内，用平均厚度为20μm的铜箔作为电极B，用石墨棒作为导电电极A，将其装在电火花工作机的振动器上，然后将铜箔铺在金属导电板上，保持表面平整，工作机工作电流为2.5A，将电极轻压在铜箔上，缓慢移动，移动速度为0.041米/秒，用塑料直尺密集移镀(沿着直尺划线，移镀到肉眼看不到铜箔表面，只看到深黑的碳)。得到碳层平均厚度为15μm的改性后的铜箔，单位面积的铜箔表面的嵌碳面积比率为59%，用酒精棉轻轻擦拭铜箔表面，去除多余碳颗粒，之后放到干燥箱内烘干。
使用上述方法制得的铜箔平均厚度为15μm，使用此铜箔和普通铜箔来充当正极集流体制作锂离子电池，在其余制作工艺相同的情况下，制备的锂离子电池，测量其性能来验证实施例1的结论，所得结论一样。
实施例5
移镀石墨颗粒之前需要用砂纸打磨铜箔表面，然后用酒精棉擦拭铜箔表面，去除表面污渍，然后干燥处理。
在干燥实验室内，用平均厚度为22μm的铜箔作为电极B，用石墨棒作为导电电极A，将其装在电火花工作机的振动器上，然后将铜箔铺在金属导电板上，保持表面平整，工作机工作电流为2.5A，将电极轻压在铜箔上，缓慢移动，移动速度为0.018米/秒，用塑料直尺密集移镀(沿着直尺划线，移镀到肉眼看不到铜箔表面，只看到深黑的碳)。得到碳层平均厚度为28μm的改性后的铜箔，单位面积的铜箔表面的嵌碳面积比率为71%，用酒精棉轻轻擦拭铜箔表面，去除多余碳颗粒，之后放到干燥箱内烘干。
使用上述方法制得的铜箔平均厚度为28μm，使用此铜箔和普通铜箔来充当正极集流体制作锂离子电池，在其余制作工艺相同的情况下，制备的锂离子电池，测量其性能来验证实施例1的结论，所得结论一样。
Claims (2)
1.一种锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法，其步骤如下：
1)首先，将厚为20～30微米的铜箔用砂纸打磨，然后用酒精棉擦拭打磨后的铜箔表面，达到清除表面杂物和其表面氧化层的目的；
2)采用电火花放电技术，以石墨棒为电火花工作机的导电电极A，以铜箔作为电火花工作机的另一个电极B，使石墨电极在铜箔表面尖端放电，单位面积铜箔表面嵌碳面积比率在50%～85%，然后用毛刷清扫没有固定住的碳颗粒，从而制备得到覆碳的锂离子电池负极集流体铜箔。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体铜箔的改性处理方法，其特征在于：电火花工作机的工作电源为150～200V，工作电流为1～2.5A，频率为50Hz，工作功率为80W～120W，将导电电极A轻压在铜箔上，缓慢移动，电极A移动速度为0.008～0.05米/秒。
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