[发明专利]一种Ni基合金-石墨烯集流体及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种能够避免活性物质脱落导致的性能失效，提升电芯电化学性能，提升安全性能的Ni基合金‑石墨烯集流体及其制备方法与应用，集流体两侧涂覆或沉积有复合镀层，所述复合镀层为以石墨烯为核，诱导Ni‑B合金生长的非晶纳米晶复合镀层。本发明制备的Ni基合金‑石墨烯层具有优异的耐腐蚀性能，能够适应LITFSI等各种体系的电解液；石墨烯具有优异的导电性能，能够降低活性物质与集流体直接的接触电阻，提升电芯电化学性能；制备的复合镀层与集流体和活性物质直接均有很强的结合力，能够避免活性物质脱落导致的性能失效；石墨烯具有优异的导热性能，能够降低电芯热失控现象，提升安全性能。

技术领域

本发明属于锂电池领域，涉及一种集流体，尤其涉及一种能够避免活性物质脱落导致的性能失效，提升电芯电化学性能，提升安全性能的Ni基合金-石墨烯集流体及其制备方法与应用。

背景技术

自从1990年索尼(Sony)将锂电池商品化以来，锂电池得到快速发展，其能量密度、循环寿命、安全性能有了显著提高，占据的市场规模日益增加，预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2000亿Wh，年均复合增长率接近25％。

但是随着市场对锂电池性能的要求越来越高，人们一直致力于提升和改变锂电池的能量密度、循环寿命和安全问题。在电动汽车领域，锂电池的能量密度影响到汽车的续航里程，循环寿命则会影响到汽车的使用寿命和后续维护，而安全性能成为了高能量密度电池大规模应用于电动汽车的主要障碍。

目前锂离子电池集流体正极采用铝箔，负极采用铜箔。两种集流体具有延展性高，导电性好，价格低等优势，被广泛应用于锂离子电池中。

单一的铜箔或铝箔耐电解液腐蚀性能不佳，尤其在LITFSI等体系电解质中尤为显著，此外与正负极活性物质粘接性较差，容易出现极片掉料等现象，导致电芯容量降低，内阻增加，循环失效，甚至引发热失控，造成安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种Ni基合金-石墨烯集流体，能够避免活性物质脱落导致的性能失效，提升电芯电化学性能，提升安全性能。

本发明的另一个目的是为了提供该集流体的制备方法。

本发明的第三个目的是为了提供该集流体的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种Ni基合金-石墨烯集流体，所述集流体两侧涂覆或沉积有复合镀层，所述复合镀层为以石墨烯为核，诱导Ni-B合金生长的非晶纳米晶复合镀层。

在本技术方案中，本发明在集流体两侧通过电沉积，化学镀等方式涂覆一层Ni基合金-石墨烯纳米复合镀层。在镍基合金电解液中分散一定比例的石墨烯纳米颗粒，将集流体置于电解液中在电流作用下进行沉积，石墨烯颗粒在沉积过程中在电流作用下会在阴极表面积聚，成为活性成核点，诱导镍基合金成核生长，在基底表面形成均匀致密的非晶纳米晶复合镀层。制备的镀层具有优异的耐腐蚀性能，导电性能，并与基底材料具有较高的结合力。

本发明采用镍-硼组合的原因：

1.单金属镍镀层容易起皮破裂，均匀性较差；一般采用二元或多元合金的方式提升镀层致密性及稳定性；

2.Ni-B合金具有优异的耐高温性能、较高的强度、良好的导电性、优异的耐蚀耐磨性能、良好的化学稳定性及焊接性；

3.石墨烯的加入能够在沉积是成为活性成核点，诱导合金成核生长，同时石墨烯具有有一定的导电性能、耐腐蚀性能、导热性能，能满足锂离子电池需求。

作为本发明的一种优选方案，所述石墨烯包括单层或多层石墨烯，粒径0.1-20μm，厚度0.5-20nm，纯度≥89％。