[发明专利]铜箔/碳复合集流体、其制备方法及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种铜箔/碳复合集流体及其制备方法。本发明还涉及一种采用该铜箔/碳复合集流体为电极材料的锂离子电池。

背景技术

目前锂离子电池负极集流体材料一般选用铜箔，但铜箔与活性材料层之间的接触电阻过大。所以目前比较常用的方法是在铜箔表面涂覆导电碳层来降低接触电阻，但导电涂层与铜箔间的结合是靠粘结剂来实现的，而结合力不够强，而且导电碳层技术被日本少数企业掌握，技术复杂，成本高。

发明内容

本发明的第一发明目的在于解决上述现有技术存在的问题和不足，提供一种铜箔/碳复合集流体及其制备方法，通过铜箔/碳复合集流体的碳层与铜箔相互渗透结合紧密，二者接触内阻极小，使离子注入的碳层性能优于涂碳层，铜碳复合层经过腐蚀后产生凹凸不平的表面，有利于增加负极材料与集流体的结合力。

本发明的第二发明目的在于提供一种采用该铜箔/碳复合集流体制备的锂离子电池，提高了锂离子电极的稳定性，同时降低了内阻。

为达到本发明的第一发明目的，本发明采用的第一技术方案为：一种铜箔/碳复合集流体及其制备方法，制备方法包括如下步骤：

(a)去污干燥：先将箔去除油污并干燥；

(b)离子注入：将干燥好的所述铜箔，放入离子注入设备，密封后通入保护气体，利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述铜箔的一面，即得所述铜箔/碳复合集流体，其中，离子注入量为1×10^-6～1×10^-4g/cm²，注入时间为1～20分钟，注入能量为800～1500eV；

(c)腐蚀干燥：离子注入完成后，取出所述铜箔/碳复合集流体，在所述铜箔/碳复合集流体的的另一面即非离子注入面涂抹聚甲基丙烯酸甲酯，涂好后将所述铜箔/碳复合集流体放入铜箔腐蚀液里进行表面腐蚀，腐蚀后用去离子水清洗腐蚀面，直到用AgNO₃检测无氯离子，然后去除聚甲基丙烯酸甲酯，并将所述铜箔/碳复合集流体干燥后即可使用。

所述铜箔腐蚀液为FeCl₃溶液、AlCl₃溶液、ZnCl₂溶液中的一种，所述铜箔腐蚀液的浓度为0.01～1mol/L。

在所述步骤(a)具体为：分别用乙醇、丙酮及去离子水在所述超声清洗仪里去除所述铜箔的油污，并在80～100℃的真空干燥箱中干燥5～10分钟。

在所述步骤(b)中，所述保护气体为氮气、氦气或氩气中的一种。

所述步骤(c)中，对所述铜箔/碳复合集流体的离子注入面进行腐蚀的时间为10～300分钟，并将所述铜箔/碳复合集流体在60～80℃的真空干燥箱中干燥10～24小时。

为达到本发明的第二发明目的，本发明采用的第二技术方案包括依以上任一项所述的制备方法获得的锂离子电池，该锂离子电池包括由正极片、隔膜、负极片按顺序层叠组成的电芯、用于纳置所述电芯的密闭壳体，以及加注在密闭壳体的电解液，所述正极片包括集流体以及涂覆在该集流体上的正极材料，所述集流体采用以上所述的铝箔/碳复合集流体。

所述正极材料包括按质量比85∶5∶10混合的正极活性材料、起粘结剂作用的聚偏氟乙烯以及起导电剂作用的乙炔黑，所述正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂。

所述电解液中的溶质为LiPF₆、LiBF₄、LiTFSI(LiN(SO₂CF₃)₂)、LiFSI(LiN(SO₂F)₂)中的一种；所述电解液中的溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、乙腈中的一种或多种；所述电解液中的所述溶质与所述溶剂的体积比为1∶1，所述电解液的浓度为1mol/L。

与现有技术相比，本发明的铜箔/碳复合集流体的制备方法及采用该铜箔/碳复合集流体制备的锂离子电池，制备工艺简单，成本较低，碳层与铜箔相互渗透结合紧密，二者接触内阻极小，离子注入的碳层性能优于涂碳层，铜碳复合层经过腐蚀后产生凹凸不平的表面，有利于增加负极材料与集流体的结合力，提高电极的稳定性，降低内阻，对不同的正极材料，内阻下降均超过20％。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明予以进一步地详尽阐述。

铜箔/碳复合集流体的制备：

本发明的铜箔/碳复合集流体的制备方法，大致包括如下步骤：