[发明专利]锂离子电池负极集流体材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池材料及制备方法，特别涉及锂离子电池的负极集流体材料及制备方法。

背景技术

目前锂离子电池用的负极集流体材料是高纯金属铜箔材料，以增加电池的导电性能，但在电池实际工作过程中，在金属铜箔表面很容易生长与极板材料相同的金属铜枝晶，一方面给电池的安全性能造成较大危害，另一方面则缩短了锂离子电池用的使用寿命，因此限制了其在动力电池领域的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种锂离子电池负极集流体材料，以提升电池安全性能，减小电池的内阻，提高电池使用寿命性能的集流体材料，并用提供制备该材料的方法，其工艺方法简单，实用性强。

本发明采用以下方案实现：

锂离子电池负极集流体材料，在金属铜箔的表面覆有石墨粉末与铜的复合镀层，复合镀层的厚度为0.003～0.015mm。

上述负极集流体材料采用以下方法制备得到：以金属铜箔作为阴极，石墨材料和金属铜为阳极，在碱性镀铜溶液中加入石墨粉末进行复合电沉积，石墨粉末颗粒直径为50nm～100um，电流密度为0.5～5.5A/dm²，所得复合镀层厚度为0.003～0.015mm。碱性镀铜溶液可采用现有电镀铜工艺的任意一种电镀液，温度等其它条件与常规电镀铜工艺相同。

为使石墨粉末与基体铜箔层结合更紧密，以提高材料的物理性能，在上述复全电沉积工艺后，再进行热处理，热处理选用下列方式中的一种：一是热处理炉中有可还原金属的气氛，即向热处理炉中通入对金属有还原作用的气体，如含氢气、氮气的混合气体或仅是氢气；二是采用真空热处理方法。

热处理温度为300～600℃，保温4～10小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

（1）采用发明的表面覆有石墨粉末的金属铜箔材料，在应用于锂离子电池负极集流体材料时，保证了其导电性能的同时，改善了箔材在电池工作过程中易于氧化的化学特性，提高了箔材的耐蚀性能。

（2）采用本发明的覆有石墨粉末的金属铜箔作为负极集流体材料，能有效阻止锂离子电池在工作过程中因反应所生产的金属铜枝晶，可增强锂离子电池的工作安全性能，减小电池内阻，有效增加锂离子电池使用寿命。

（3）本发明采用简单易行的复合电沉积工艺，成本低，材料性能优良。 

 

附图说明

图1：电池循环容量下降率对比测试结果

图2：电池内阻对比测试结果

图3：电池容量对比测试结果。

具体实施方式

实施例1

以厚度为0.008mm的高纯度金属铜箔作为阴极，石墨板和电解铜板为阳极，在碱性镀铜溶液中加入石墨粉末进行复合电沉积，石墨粉末颗粒直径为100nm，碱性镀铜溶液成份为：

焦磷酸铜：70g/L；焦磷酸钾：350g/L；柠檬酸钠：25g/L；二氧化硒：0.01g/L；糖精：0.08g/L；pH：8.5，温度50℃。电流密度为0.5A/dm²。在复合镀层厚度达到0.003mm时停止电镀。再对覆有石墨的的铜箔材料在包含氢气和氮气的混合气氛的热处理炉中进行热处理，热处理温度为300℃，保温10小时。

采用上述方法制备了表面覆有石墨粉末的铜箔，复合镀层厚度为0.003mm。分别使用本实施例之覆石墨粉末的铜箔和普通铜箔作为锂离子电池的负极集流体，其余工艺相同，制作成锂离子电池。相同条件下，分别测试两种电池的循环容量下降率，结果见附图1。

由图1可看到，采用本实施例之覆石墨粉末的铜箔作负极集流体材料的锂离子电池，其循环容量下降率明显低于以普通铜箔作为负极集流体的锂离子电池的下降率，反映了该种电池的循环使用寿命性能较高。

实施例2

以厚度为0.015mm的高纯度金属铜箔作为阴极，石墨板和电解铜板为阳极，在碱性镀铜溶液中加入石墨粉末进行复合电沉积，石墨粉末颗粒直径为3um，电流密度为4.5A/dm²,其余同实施例1。在复合镀层厚度达到0.005mm时停止电镀。再对覆有石墨的铜箔材料在真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为600℃，保温3小时。

采用上述方法制备了表面覆有石墨粉末的铜箔，复合镀层厚度为0.005mm。分别使用本实施例之覆石墨粉末的铜箔和普通铜箔作为锂离子电池的负极集流体，其余工艺相同，制作成锂离子电池。相同条件下，分别测试两种电池的内阻，结果见附图2。