[发明专利]一种铜箔表面三维结构的构造方法

说明书

本发明公开了一种铜箔表面三维结构的构造方法。该方法以铜箔为处理对象，先电化学抛光处理铜箔表面，接着通过化学氧化法在铜箔表面刻蚀不同表观结构的三维形貌，然后通过不同的烘干方式，使铜箔表面表现不同的亲疏水性，最后与金属锂共熔还原，再用乙醇处理即得到表面具有三维结构的铜箔。本方法制得的铜箔集流体能很好保持化学氧化刻蚀后的微纳米形貌，而且这种三维结构的集流体还可以作为锂电池金属锂负极的载体，适合大电流充放，可以使金属锂沉积于微孔内部，避免金属锂平面生长的尖端效应，抑制锂枝晶的生长，降低锂电池的可逆容量损失，使锂电池具有良好的循环性能及高的安全性能，并具有较高的能量密度。

技术领域

本发明属于电化学电源集流体处理技术领域，具体的说，涉及一种铜箔表面三维结构的构造方法。

背景技术

近年来，锂电池发展迅速，国家大力主导新能源行业的发展，传统的锂电池集流体已经无法满足现阶段能量密度对其性能的要求，高比能集流体的发展已经成为主流趋势，而且传统石墨作为负极也已经无法满足现在电池所要求的能量密度，金属锂作为负极应用于电池是大势所趋。

金属锂负极的优势，具有极高的容量密度(3860mAh/g)和最低的电势(-3.040vs标准氢电极)，但金属锂作为电池负极时，在充放电过程中由于电流密度及锂离子分布不均等因素，锂离子在负极表面不均匀沉积形成枝晶，枝晶生长不仅会刺穿隔膜造成短路，而且电池在循环过程中会反复消耗电解液，降低负极利用率，从而造成锂离子电池循环性能差、安全性能低。

目前在铜箔表面制备多孔铜表面的方法包括去合金法(CN102943187A、CN101956090A等)、电沉积法(CN103046088A、CN104057099A等)，合金法步骤复杂，条件苛刻，得到的多孔铜为纳米级，而且纯度不高，不适合锂负极负载、电沉积得到的多孔铜的机械强度达不到作为集流体的要求，而且要求复杂。中国专利CN104716330A公开了一种采用氨水氢氧化钠碱腐蚀法并用氢气还原的方法制备多孔铜，采用单纯碱腐蚀法不仅耗费时间长，而且经氢气还原时对氢气浓度及还原温度要求严格，要不然很容易出现还原过热造成铜颗粒之间重新熔接，改变了原有三维形貌。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种简单而有效的一种铜箔表面三维结构的构造方法。该构造方法构造的三维结构性能稳定，构造的铜箔比表面积大。

本发明的技术方案具体介绍如下。

本发明提供一种铜箔表面三维结构的构造方法，以铜箔为处理对象，先电化学抛光处理铜箔表面，接着通过化学氧化法在铜箔表面刻蚀不同表观结构的三维形貌，然后通过不同的烘干方式，使铜箔表面表现不同的亲疏水性，最后与金属锂共熔还原，再用有机溶剂处理即得到表面具有三维结构的铜箔。

本发明中，一种铜箔表面三维结构的构造方法，具体步骤如下：

1)以铜箔为阳极，石墨或铅板为阴极，抛光液为电解液，通过电解方式对铜箔表面进行抛光；

2)将抛光后的铜箔浸入到化学刻蚀液中，刻蚀结束后，烘干；

3)在烘干后的铜箔上放置一金属锂片，再将二者共封于容器中，在惰性气体气氛下进行热处理；

4)将热处理后的铜箔浸入有机溶剂中，待反应掉多余的金属锂及其氧化物后，烘干，从而得到具有三维集流体结构的铜箔。

本发明中，步骤1)中，抛光液是质量百分比浓度为0.1％-10％的无机酸溶液；电解密度为1-5A/dm²，电解时间为5s-60s。铜箔的电化学抛光的目的是除去铜箔表面的氧化膜或油污，使铜箔表面晶粒裸露出来，使得下一步处理可以得到均匀的三维结构形貌。

本发明中，步骤1)中，抛光液为硫酸、盐酸或磷酸中任一种。