[发明专利]多孔铜集流体的制备方法、多孔铜集流体、负电极及电池

说明书

一种多孔铜集流体的制备方法，包括以下步骤：提供一铜箔；将一含硫分散液附着于铜箔表面；将附着有含硫分散液的铜箔进行硫化反应；将硫化反应后的铜箔置入含氧气氛中进行氧化热处理；将氧化热处理后的铜箔置入含氢气氛中进行还原热处理，得到多孔铜集流体。通过本制备方法制备的多孔铜集流体具有三维多孔的结构，且可通过制备参数的改变来制备不同孔径大小与厚度的多孔铜集流体，将本发明制备的多孔铜集流体作为负极集流体的电池，具有更高、更稳定的库伦效率和更长的循环寿命，三维多孔铜可有效抑制负极枝晶的形成与生长，并且可以实现深度放电。

技术领域

本发明涉及储能领域，尤其涉及电池集流体的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，可移动设备、电动汽车及智能电网的快速发展使得高能量密度二次电池受到大量的关注和研究，尤其是锂离子电池、钠离子电池、锂空气电池等二次电池的研究。电池通常包括金属负极、正极(如三元正极、硫正极、氧正极)以及集流体等。金属负极具有较高的理论比容量以及较低的还原电位。然而金属负极存在一系列问题限制了其进一步地发展与实际应用，例如金属负极中不可控的枝晶生长、不稳定的界面反应、严重的体积变化等。这些问题导致电池的库伦效率低，循环寿命较短，极易造成短路及热失控等问题，并带来严重的安全性隐患。

铜具有导电性高、延展性好等优势，铜箔是商业离子电池碳负极最常用的集流体材料。与传统的碳负极不同，正因为金属负极存在的一系列问题，使得普通商业铜箔难以保证金属负极的正常使用，因此，对集流体的结构和性质提出了更高的要求。一直以来，有关集流体的改性研究是储能领域的研究重点和热点。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种多孔铜集流体的制备方法，以解决上述问题。

一种多孔铜集流体的制备方法，包括以下步骤：

提供一铜箔；

将一含硫分散液附着于铜箔表面；

将附着有含硫分散液的铜箔进行硫化反应；

将硫化反应后的铜箔置入含氧气氛中进行氧化热处理；

将氧化热处理后的铜箔置入含氢气氛中进行还原热处理，得到多孔铜集流体。

进一步地，所述氧化热处理的氧化温度为300～700℃，时间为1～24h。

进一步地，所述还原热处理的还原温度为300～700℃，时间为1～24h，所述含氢气氛为氩/氢(Ar/H₂)混合气，其中氢气含量1％。

进一步地，所述含硫分散液在铜箔上的负载量为0.1～25mg/cm²，所述硫化反应的温度为40～100℃，时间为1～24h。

进一步地，所述含硫分散液包括硫粉、溶剂、分散剂以及粘结剂，所述分散剂为纳米碳材料，所述纳米碳材料为炭黑、碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维含碳材料中的一种或多种；所述粘结剂为高分子粘结剂，所述高分子粘结剂为聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纤维素钠(CMC)、海藻酸钠聚合物中的一种或多种。

进一步地，所述含硫分散液中，硫粉与纳米碳材料的质量比为100:1～1:10；硫粉与高分子粘结剂的质量比为100:1～1:10。

进一步地，在所述铜箔上附着含硫分散液前，还包括清洗步骤，所述清洗为超声波清洗，清洗剂采用丙酮、去离子水或无水乙醇中的一种或多种，清洗时间为10-60min。

一种多孔铜集流体，包括铜箔层和多孔铜层，所述铜箔层的厚度为10～100μm，所述多孔铜层的厚度为10～200μm，所述多孔铜层的孔洞的直径为2～5μm。

一种负电极，包括所述多孔铜集流体。

一种电池，包括所述的负电极。