CN105489900A - 一种锂离子电池集流体的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池集流体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池集流体的制备方法：其方法包括以下步骤：(1)金属箔，如铝箔、铜箔等。(2)自组装膜，通过分子自组装技术将Ag、Cu等纳米粒子与聚苯胺在金属箔上形成一层聚合物薄膜。本发明是以金属箔为基材，在其上自组装形成一层完整、均匀的掺杂纳米粒子的聚合物薄膜。它不仅可以有效的防止金属箔腐蚀老化，而且还可以增强金属箔作为集流体的导电性能，大大提高了锂离子电池的能量密度。

Description

一种锂离子电池集流体的制备方法
技术领域
本发明涉及储能技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池集流体的制备方法。
背景技术
目前，锂离子电池作为新型能量储存装置在很多领域已经得到了广泛的应用，如军事领域、移动通讯装置、计算机以及电动汽车的混合电源等。集流体作为电化学电池的一个重要组成部分，在锂离子电池中，集流体表面通常承载电极活性材料并接触电解液，为电化学反应提供电子通道，以加快电子的转移，并将电子传输到外电路形成电流。因此，集流体对电化学电池的性能起到了至关重要的作用。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、粘附性能好以及内阻小等特点。
现有的集流体通常是由各种导电的金属箔构成，如铜箔、铝箔等。然而这些金属箔片很容易被腐蚀老化。另外，由于比表面积大、粘附性较差，正、负极浆料难以在这些箔片上形成均匀的电极活性物质层，导致正、负极极片发生掉料、褶皱等现象，严重影响了锂离子电池的性能。
发明内容
为了很好地解决这些问题，本发明提出了一种锂离子电池集流体的制备方法，不仅有效防止集流体腐蚀老化，降低箔片的比表面积，使得活性物质材料更容易粘附在金属箔上，而且还可以提高锂离子电池的能量密度。
本发明公开了一种锂离子电池集流体的制备方法，其特征是采用以下步骤：
（1）提供一表面整洁、光滑的金属箔作为基底；
（2）在AgNO3或Cu(NO3)?3H2O的聚苯胺液体中滴加NaBH4，制得银或铜纳米粒子溶液；
（3）将金属箔浸入到银或铜纳米粒子溶液中，通过分子自组装技术在金属箔上形成一层含有银或铜纳米粒子的聚合物薄膜。
上述为本发明的制备方法，更优选的是所述步骤(1)中的金属箔为铝箔或铜箔。
上述为本发明的制备方法，更优选的是所述步骤(2)中制备银或铜纳米粒子溶液的具体步骤为：
将浓度为0.001-0.01mol/L的AgNO3或Cu(NO3)?3H2O溶液加入到聚苯胺液体中，混合均匀后，滴加浓度为0.005-0.05mol/L的NaBH4溶液；所述AgNO3或Cu(NO3)?3H2O溶液、聚苯胺液体、NaBH4溶液的体积比为50-10：20：2-10。
所述的聚苯胺液体为粒径为5-50nm纳米的聚苯胺水分散液体，浓度为0.005-0.05mol/L。
上述的发明的制备方法，更优选的所述自组装过程中金属箔的浸渍时间为0.5-5h。
本发明与现有技术相比较，通过上述方法制备的集流体中，Ag、Cu等纳米粒子与聚苯胺通过自组装技术形成的聚合物薄膜层，不仅具有优异的抗腐蚀性能，而且能够提高集流体的导电性能，加快电荷转移，提高库伦效率。
具体实施方式
对比例
（1）提供表面整洁、光滑的铝箔和铜箔作为集流体(放入酸性溶液中处理一下，然后用去离子水洗干净)；
（2）选取一定量的碳材料（石墨）、增稠剂（羧甲基纤维素钠--CMC）、溶剂（去离子水）、胶黏剂（丁苯橡胶--SBR）和导电剂（导电炭黑--Super-P）等制成负极浆料；选取一定量的LiFePO4、溶剂（N-甲基吡咯烷酮--NMP）、粘结剂（聚偏氟乙烯--PVDF）和导电剂（导电炭黑--Super-P）等制备成正极浆料。将混合好的正、负极浆料涂覆到集流体上，经过烘干、辊压、切片等工序制成锂离子电池的正、负极片；
（3）以PE材质作为锂电池隔膜，将隔膜-负极-隔膜-正极卷绕成卷芯；以LiPF6为电解质，以碳酸乙烯酯等为溶剂构成的溶液为电解液，采用真空浸渍技术填充电解液，组装成圆柱锂离子电池。
实施例1
（1）提供表面整洁、光滑铜箔（与对比例相同）作为集流体(放入酸性溶液中处理一下，然后用去离子水洗干净)；
（2）将20mL0.005mol/LAgNO3加入到20mL0.01mol/L的聚苯胺溶
液中，在搅拌的条件下，逐滴加入5mL0.01mol/LNaBH4，制得一定浓度的银纳米粒子溶液；
（3）将经过处理的铜箔浸入到Ag纳米粒子的聚苯胺溶液中1h，含
有Ag纳米粒子的聚苯胺会通过分子自组装技术在铜箔上形成一层聚合物薄膜；
（4）采取与对比例相同的步骤和材料，先制成锂离子电池的正、负
极片，再组装成圆柱锂离子电池。
将本实施例制成的锂离子电池与对比例的电池进行对比测试，能量密度提高15%，内阻降低28%，循环性能提高30%。抗腐蚀性能测试，集流体的使用寿命提高75%。
实施例2
(1)提供表面整洁、光滑的铜箔(与对比例相同)作为集流体(可放入酸性溶液中处理一下，然后用去离子水洗干净)；
（2）将30mL0.005mol/LCu(NO3)?3H2O加入到20mL0.01mol/L的聚苯胺溶液中，在搅拌的条件下，逐滴加入5mL0.01mol/LNaBH4，制得一定浓度的铜纳米粒子溶液；
（3）将经过处理的铜箔浸入到Cu纳米粒子的聚苯胺溶液中1h，含有Cu纳米粒子的聚苯胺会通过分子自组装技术在铜箔上形成一层聚合物薄膜；
（4）采取与对比例相同的步骤和材料，先制成锂离子电池的正、负极片，再组装成圆柱锂离子电池。
将本实施例制成的锂离子电池与对比例的电池进行对比测试，能量密度提高10%，内阻降低20%，循环性能提高24%。抗腐蚀性能测试，集流体的使用寿命提高50%。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂离子电池集流体的制备方法，其特征是采用以下步骤：
（1）提供一表面整洁、光滑的金属箔作为基底；
（2）在AgNO3或Cu(NO3)?3H2O的聚苯胺液体中滴加NaBH4，制得银或铜纳米粒子溶液；
（3）将金属箔浸入到银或铜纳米粒子溶液中，通过分子自组装技术在金属箔上形成一层含有银或铜纳米粒子的聚合物薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述步骤(1)中的金属箔为:铝箔、铜箔或银箔等导电性能好的金属。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述步骤(2)中制备银或铜纳米粒子溶液的具体步骤为：
将浓度为0.001-0.01mol/L的AgNO3或Cu(NO3)?3H2O溶液加入到聚苯胺液体中，混合均匀后，滴加浓度为0.005-0.05mol/L的NaBH4溶液；所述AgNO3或Cu(NO3)?3H2O溶液、聚苯胺液体、NaBH4溶液的体积比为50-10：20：2-10。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，所述的聚苯胺液体为粒径为5-50nm的聚苯胺水分散液体，浓度为0.005-0.05mol/L。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是，所述的自组装过程中金属箔的浸渍时间为0.5-5h。
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