一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体。该蜂窝状CuO@Cu复合集流体包括铜基体和CuO纳米花；所述铜基体顶面设置六边形的盲孔结构，底面为光滑的铜表面；所述CuO纳米花均匀覆盖于铜基体的顶面。本实用新型专利技术提供的蜂窝状CuO@Cu复合集流体增加了锂离子电池集流体与活性物质之间的有效接触面积，提高了两者之间的结合强度、电极导电性和活性物质的承载量，提高了锂离子电池的充放电容量、倍率性能和循环寿命。

A honeycomb CuO @ Cu composite collector for Li-ion batteries

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体
本技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体。
技术介绍
在锂离子电池中，集流体既作为活性物质的载体，又充当电流的收集器与传输体，其表面结构对锂离子电池的电极强度以及电荷传输效率有着重要的影响。目前，商业化锂离子电池的负极集流体基本上都是铜箔，然而普通的铜箔只具有双面光、双面毛、单面毛等几种类型，这使集流体表面结构的多样性受到了严重的限制。无特殊表面结构的集流体不易与活性物质颗粒形成“啮合”界面，容易出现两种物相界面之间粘附不牢、接触程度不均匀的问题，从而造成电极界面阻抗增加、导电性降低，甚至引起活性材料的粉化或脱落，直接导致电池性能的下降。因此，为了提高集流体与活性物质之间的结合强度、降低活性物质体积变化带来的容量衰减、提高锂离子电池的综合性能，研究具有特殊表面结构的复合集流体及其关键制造技术引起了国内外研究者的广泛兴趣。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本技术的目的是提供一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体。本技术的目的在于针对现有锂离子电池集流体的不足，提供了一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体。该蜂窝状CuO@Cu复合集流体能有效减小集流体与活性物质的接触电阻，提高两者的之间结合强度，从而提高锂离子电池的充放电容量、倍率性能和循环寿命。本技术的目的还在于提供制备所述的一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体的方法，该方法包括蜂窝状结构的绘制成形及功能层材料的装载与纯化这两个步骤。本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。本技术提供的一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体，包括铜基体和CuO纳米花；所述铜基体的顶面设有六边形的盲孔结构，铜基体的底面为光滑的铜表面；所述CuO纳米花均匀覆盖在铜基体的顶面。采用上述的蜂窝状CuO@Cu复合集流体制作电极片时，以所述蜂窝状CuO@Cu复合集流体作为电极片的基体，布置有蜂窝状盲孔结构和CuO纳米花的集流体顶面与活性物质相结合形成电极片，而光滑的铜表面直接与电池壳紧密接触。进一步地，所述CuO纳米花的厚度为0.1-10μm。本技术提供的所述用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体的制备方法，包括如下步骤：（1）蜂窝状图形的绘制及转印使用绘图软件绘制所需蜂窝状图案，将蜂窝状图案转印到菲林纸上，得到转印图案后的菲林纸；（2）铜片表面预处理用细砂纸打磨铜片的两个表面至平整，在搅拌状态下将打磨后的铜片浸泡在覆铜板表面清洗剂中，取出晾干，得到预处理的铜片；（3）紫外线曝光处理在步骤（2）所述预处理的铜片的正面贴上PCB感光蓝膜，在预处理的铜片的反面贴上耐腐蚀胶布；将步骤（1）所述转印图案后的菲林纸紧贴于PCB感光蓝膜表面，然后使用紫外线曝光机进行紫外线曝光处理，得到曝光后的铜片；（4）显影及蚀刻将步骤（3）所述曝光后的铜片浸泡在显影液中，进行显影处理，得到显影后的铜片，然后将显影后的铜片浸泡在(NH4)2S2O8溶液中进行蚀刻处理，得到蚀刻处理的铜片；（5）脱膜处理洗涤步骤（4）所述蚀刻处理的铜片，然后浸泡在乙醇溶液中进行脱膜处理；洗涤烘干，得到具有蜂窝状结构的铜基体；（6）功能层材料的装载将步骤（5）所述具有蜂窝状结构的铜基体浸泡在碱辅助腐蚀溶液（NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液）中，取出浸泡后的铜基体，洗涤，干燥，得到装载功能层材料的铜基体；（7）将步骤（6）所述装载功能层材料的铜基体进行高温热处理，得到所述用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体。优选地，步骤（1）所述菲林纸可以为A4菲林纸；步骤（1）所述绘图软件可以为AutoCAD。进一步地，步骤（2）所述在搅拌状态下的搅拌速率为20-500rpm；所述浸泡的时间为5-10分钟。进一步地，步骤（3）所述耐腐蚀胶布的材质为PVC；所述紫外线曝光处理的紫外线波长为10-400nm，紫外线曝光处理的时间为4-7秒。进一步地，步骤（4）中所述显影处理的时间为0.5-10min；所述(NH4)2S2O8溶液的浓度为0.1-0.3molL-1；所述蚀刻处理的时间为10-20分钟。进一步地，步骤（5）中所述脱膜处理的时间为5-20min；所述乙醇溶液的质量百分比浓度大于95%；所述烘干的温度为50-60摄氏度，烘干时间为30-40分钟。进一步地，步骤（6）所述碱辅助腐蚀溶液为NaOH和(NH4)2S2O8溶解于水的混合溶液；在混合溶液中，所述NaOH的浓度为3-5molL-1，所述(NH4)2S2O8的浓度为0.06-0.13molL-1；所述浸泡的时间为40-60分钟。进一步地，步骤（6）所述干燥的温度为50-80摄氏度，干燥的时间为4-6小时。进一步地，步骤（7）中所述高温热处理的升温速率为1-5°C/min；高温热处理的温度为180-220℃；高温热处理的时间为25-40分钟。步骤（6）中把具有蜂窝状结构的铜基体浸泡在碱辅助腐蚀溶液能够在铜基体表面产生氧化铜，但也会产生少量的副产物氢氧化铜，因此需要在步骤（7）中对副产物氢氧化铜进行处理，可通过高温热处理，将碱辅助腐蚀中产生的副产物氢氧化铜转变为氧化铜，完成功能层材料的纯化。与现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：（1）本技术提供的“蜂窝状”CuO@Cu复合集流体中，包含六边形的盲孔结构和CuO纳米花结构，增大了集流体的表面积，有利于提高活性物质的承载量，从而提升电池容量；（2）本技术提供的蜂窝状CuO@Cu复合集流体中，CuO纳米花可以充当功能层材料，比容量为商业石墨的两倍，大大提高了锂电池的比容量。同时CuO纳米花能缩短锂离子的迁移路径，以及有效降低电极的韦伯阻抗；（3）本技术提供的蜂窝状CuO@Cu复合集流体有利于限制MCMB在充放电过程中的体积膨胀，防止其粉化脱落；（4）本技术提供的蜂窝状CuO@Cu复合集流体表面凸出的部分为CuO纳米花，直接与活性物质MCMB接触，有利于提高电极的导电性，从而有利于降低电池的阻抗和提高电池的倍率性能。附图说明图1为本技术实施例1制得的用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体的结构示意图；图2为本技术实施例2中基于蜂窝状CuO@Cu复合集流体的锂离子半电池装配示意图。图3为本技术实施例2制得的基于蜂窝状CuO@Cu复合集流体的锂离子半电池在100mAg-1电流条件下的循环性能曲线图。图4为本技术实施例2制得的基于蜂窝状铜集流体的锂离子半电池在100mAg-1电流条件下的循环性能曲线图。图5为本技术实施例2制得的基于普通平板集流体的锂离子半电池在100mAg-1电流条件下的循环性能曲线图。图6为本技术实施例2制得的基于蜂窝状CuO@Cu复合集流体、蜂窝状铜集流体以及普通平板集流体的锂离子半电池的倍率性能对比曲线图。图7为本技术实施例2制得的基于蜂窝状CuO@Cu复合集流体、蜂窝状铜集流体以及普通平板集流体的锂离子半电池的首次循环交流阻抗对比图。图8为本技术实施例2制得的基于蜂窝状CuO@Cu复合集流体、蜂窝状铜集流体以及普通平板集流体的锂离子半电池的第200次循环交流阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体，其特征在于，包括铜基体和CuO纳米花；所述铜基体的顶面设有盲孔结构；所述CuO纳米花均匀覆盖在铜基体的顶面。

【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体，其特征在于，包括铜基体和CuO纳米花；所述铜基体的顶面设有盲孔结构；所述CuO纳米花均匀覆盖在铜基体的顶面。2.根据权利要求1所述的一种用于锂离子电池的蜂窝状CuO@Cu复合集流体，其特征在于，所述盲孔结构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟，王淳，袁宇航，叶胤桐，黄尧，邱志强，潘保有，罗健，汤勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44