箔材/碳复合多孔集流体、正负极片及锂电池的制备方法技术

一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm

【技术实现步骤摘要】
箔材/碳复合多孔集流体、正负极片及锂电池的制备方法
本专利技术涉及电池
，尤其涉及一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池。
技术介绍
目前新兴的电动运输系统、电力储能系统要求电池有更高的能量密度和更好的循环寿命，同时要求低成本且具有良好的安全性。而锂电池因具有能量密度大、循环性能好、重量轻等众多优点，能满足当前的要求。常用的锂电池正极集流体和负极集流体分别是铝箔和铜箔，在电池极片制作中通过涂覆含有活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂等混合浆料到集流体箔材上。但常规电池使用的箔材存在与活性材料层间接触不牢的问题，进而导致接触电阻过大等问题。为解决此问题，目前是在箔材表面涂覆一层导电碳层来降低接触电阻，但此导电碳层与箔材之间仍然是靠粘结剂结合来实现，结合力不足的问题依然存在。而离子注入是一种材料表面改性技术，可将所需的元素离子通过离子束入射到待改性的材料中，起到优化材料表面性能的作用。此外，采用纯铜箔或铝箔作为极片，表面密度较大，质量占比较重，降低了锂电池能量的密度；且极片单向的接触面仅有一个平面，与活性材料接触面积较小，容易造成厚度层面的极化。鉴于以上所述，实有必要提供一种新型的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池来克服以上缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池，通过离子注入法，将碳离子注入到多孔箔材集流体的表面，起到表面改性作用，有利于提升多孔箔材集流体的结合力，并减少碳层与多孔箔材集流体的电阻。另外，应用本专利技术的箔材/碳复合多孔集流体制备的锂电池，因多孔箔材集流体的立体孔隙结构，可降低多孔箔材集流体在锂电池中的重量占比，并提高多孔箔材集流体与正负极活性材料的接触面积，进一步提升电化学性能。为了实现上述目的，本专利技术提供一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，包括如下步骤：S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。具体的，步骤S11中所述多孔箔材集流体的厚度为：8～18μm，孔隙率为：10％～50％，所述多孔箔材集体为泡沫铝或者泡沫铜。具体的，步骤S11具体为分别用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或多种及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔箔材集流体的表面的油污，然后将所述箔材集流体在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分钟。具体的，步骤S12中所述的惰性气体为氩气、氮气的一种或多种。一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：S21去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；S22离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；S23将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：S31去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；S32离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；S33将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：S41去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；S42离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；S43将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片；S44去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；S45离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；S46将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片；S47：将所述正极极片及所述负极极片与隔膜按正极极片、隔膜及负极极片的顺序层叠卷绕成电芯，再将电芯放入密闭壳体中，并加注电解液于密闭壳体内，最后对密闭壳体进行密封。具体的，所述电解液的溶质为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯中的一种或多种；所述电解液的锂盐浓度为0.9～1.2mol/L。具体的，所述隔膜的厚度为12μm-20μm，包括无涂层的基膜或双面涂覆2μm-3μm的陶瓷层的涂覆膜，所述基膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯或三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的结构。具体的，所述正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂中的一种，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述负极活性材料人造石墨、天然石墨或复合型石墨中的一种；所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管的一种或多种；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物；所述正极活性材料与负极活性材料的容量的比值为1.05～1.15:1。与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm

【技术特征摘要】
1.一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。2.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S11中所述多孔箔材集流体的厚度为：8～18μm，孔隙率为：10％～50％，所述多孔箔材集体为泡沫铝或者泡沫铜。3.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S11具体为分别用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或多种及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔箔材集流体的表面的油污，然后将所述箔材集流体在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分钟。4.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S12中所述的惰性气体为氩气、氮气的一种或多种。5.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S21去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；S22离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；S23将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。6.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S31去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；S32离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；S33将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。7.一种锂电...

【专利技术属性】
技术研发人员：容亮斌，张国恒，朱丹，邓昌源，许辉，饶睦敏，
申请(专利权)人：深圳市沃特玛电池有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44