改性集流体的制备方法、改性集流体、电极片及锂电池技术

一种改性集流体的制备方法，包括以下步骤：提供一原料，所述原料包括石墨、聚丙烯腈‑聚丙烯酸共聚物、碳纳米管以及造孔剂，将所述原料加入溶剂中，得到混合浆料；将所述混合浆料涂覆于一导电基底并进行干燥，得到一石墨涂层；洗涤所述石墨涂层以去除所述造孔剂并进行干燥，得到多孔石墨涂层；以及将所述多孔石墨涂层置于还原气氛中进行热还原处理，使得聚丙烯腈‑聚丙烯酸共聚物转化为含氮碳材料并附着于所述石墨表面，从而得到所述改性集流体。本申请还提供一种改性集流体以及包括所述改性集流体的电极片及锂电池。本申请提供的制备方法制备的改性集流体，与金属锂亲和性高，锂电池具有较高的库伦效率以及较长的循环寿命。

Preparation method of modified collector, modified collector, electrode and lithium battery

【技术实现步骤摘要】
改性集流体的制备方法、改性集流体、电极片及锂电池
本申请涉及储能领域，尤其涉及一种改性集流体的制备方法、改性集流体、电极片及锂电池。
技术介绍
锂电池由于其电压高、寿命长、比能量高等特点得到了广泛的应用，因此对锂电池的安全性提出了更高的要求。其中，金属锂作为负极被广泛研究，但是金属锂与铜箔集流体亲和性低，使得锂电池在充放电循环过程中，由于金属锂具有较高的过电势以及锂离子的不均匀分布而形成锂枝晶，最终引起隔膜穿刺，导致锂电池短路。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种与金属锂亲和性高的改性集流体的制备方法。另，还有必要提供一种由上述制备方法制得的改性集流体。另，还有必要提供一种包括所述改性集流体的电极片。另，还有必要提供一种包括所述电极片的锂电池。一种改性集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供一原料，所述原料包括石墨、聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物、碳纳米管以及造孔剂，将所述原料加入溶剂中，得到混合浆料；将所述混合浆料涂覆于一导电基底并进行干燥，得到一石墨涂层；洗涤所述石墨涂层以去除所述造孔剂并进行干燥，得到多孔石墨涂层；以及将所述多孔石墨涂层置于还原气氛中进行热还原处理，使得聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物转化为含氮碳材料并附着于所述石墨表面，从而得到所述改性集流体。进一步地，所述石墨占所述原料总质量的10％-70％，所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物占所述原料总质量的0.1％-40％，所述碳纳米管占所述原料总质量的0.1％-40％，所述造孔剂占所述原料总质量的20％-80％。进一步地，所述原料中还包括聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮占所述原料总质量的0.1％-40％。进一步地，所述石墨包括石墨片、膨胀石墨、中间相碳微球、中间相沥青基碳纤维以及无定形碳中的至少一种。进一步地，所述造孔剂包括氯化钠以及氯化钾中的至少一种，所述造孔剂不溶于所述溶剂中。进一步地，所述还原气氛中包括氢气，所述氢气的体积分数为0.1％-100％。一种改性集流体，所述改性集流体包括导电基底以及负载于所述导电基底上的石墨涂层，所述石墨涂层为多孔结构，所述石墨涂层中包括石墨、碳纳米管以及负载于所述石墨上的含氮碳材料。进一步地，所述石墨涂层的厚度为10μm-1000μm。一种电极片，所述电极片包括所述改性集流体。一种锂电池，所述锂电池包括所述电极片。本申请提供的制备方法所制备的改性集流体，当所述改性集流体用于锂负极时，锂电池具有较高的库伦效率以及较长的循环寿命。一方面通过引入含氮碳材料来提高锂与集流体的亲和性，诱导均匀的锂金属沉积，从而有效抑制了锂枝晶的产生，提高了锂电池的安全性；另一方面采用造孔剂来对所述石墨进行造孔，有效增加集流体的比表面积，从而降低锂电池在充放电过程中锂离子沉积的局部电流密度，进而使得锂离子能够在较大的电流密度下依旧能够均匀的沉积；此外，所述改性集流体具有较低的负载，也能够提升锂电池中的实际能量密度。附图说明图1为本申请实施例提供的改性集流体的制备方法流程图。图2为本申请实施例1制备的改性集流体的表面扫描电子显微镜(SEM)图。图3为本申请实施例1制备的改性集流体的截面的SEM图。图4为本申请实施例1-3以及对比例的电池的库伦效率测试图。如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。具体实施方式为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的所有的和任意的组合。请参阅图1，本申请实施例提供一种改性集流体的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：提供一原料，所述原料包括石墨、聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物、碳纳米管以及造孔剂，将所述原料加入溶剂中，得到混合浆料。所述石墨占所述原料总质量的10％-70％，所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物占所述原料总质量的0.1％-40％，所述碳纳米管占所述原料总质量的0.1％-40％，所述造孔剂占所述原料总质量的20％-80％。进一步地，所述原料中还包括聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮用于提高所述混合浆料的分散性，所述聚乙烯吡咯烷酮占所述原料总质量的0.1％-40％。所述石墨包括石墨片、膨胀石墨、中间相碳微球、中间相沥青基碳纤维以及无定形碳中的至少一种。所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物的形态包括粉末、块体以及溶液中的一种，所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物用于负载于所述石墨的表面，修饰所述石墨，以在后续热还原处理过程中形成包覆于所述石墨的含氮碳材料。在本实施方式中，所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物的形态为粉末。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管以及多壁碳纳米管中的至少一种，所述碳纳米管用于提高所述改性集流体的导电性。所述造孔剂包括氯化钠、氯化钾中的至少一种。所述溶剂的种类根据所述造孔剂的种类进行选择，所述造孔剂不溶于所述溶剂中。所述造孔剂用于对所述石墨进行造孔。在一具体实施例中，所述造孔剂为氯化钠，所述造孔剂占原料总质量的66.7％。所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。进一步地，所述造孔剂在加入所述溶剂之前，还包括将所述造孔剂进行球磨处理的步骤。进一步地，将所述混合浆料在10℃-90℃的环境中搅拌1h-72h。步骤S2：将所述混合浆料涂覆于一导电基底并进行干燥，得到一石墨涂层。具体地，用一刮刀将所述混合浆料涂覆于所述导电基底上后干燥，所述混合浆料中的溶剂挥发，得到负载于所述导电基底上的具有造孔剂的石墨涂层，即为所述石墨涂层。其中，所述刮刀的厚度为10μm-1000μm。所述石墨涂层的厚度为10μm-1000μm。优选地，所述石墨涂层的厚度为200μm。所述导电基底为导电材料，例如铜箔、铝箔、镍箔、锡箔以及碳纤维膜等。在本实施例中，所述导电基底为铜箔。步骤S3：洗涤所述石墨涂层以去除所述造孔剂并进行干燥，得到多孔石墨涂层。具体地，使用去离子水洗涤所述石墨涂层，所述造孔剂溶于去离子水中以去除所述造孔剂；然后在鼓风烘箱中30～100℃的温度下进行干燥，重复上述洗涤干燥的步骤3次，得到负载于所述导电基底上的多孔的石墨涂层。步骤S4：将所述多孔石墨涂层置于还原气氛中进行热还原处理，使得聚丙烯腈-聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n提供一原料，所述原料包括石墨、聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物、碳纳米管以及造孔剂，将所述原料加入溶剂中，得到混合浆料；/n将所述混合浆料涂覆于一导电基底并进行干燥，得到一石墨涂层；/n洗涤所述石墨涂层以去除所述造孔剂并进行干燥，得到多孔石墨涂层；以及/n将所述多孔石墨涂层置于还原气氛中进行热还原处理，使得聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物转化为含氮碳材料并附着于所述石墨表面，从而得到所述改性集流体。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供一原料，所述原料包括石墨、聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物、碳纳米管以及造孔剂，将所述原料加入溶剂中，得到混合浆料；
将所述混合浆料涂覆于一导电基底并进行干燥，得到一石墨涂层；
洗涤所述石墨涂层以去除所述造孔剂并进行干燥，得到多孔石墨涂层；以及
将所述多孔石墨涂层置于还原气氛中进行热还原处理，使得聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物转化为含氮碳材料并附着于所述石墨表面，从而得到所述改性集流体。


2.根据权利要求1所述的改性集流体的制备方法，其特征在于，所述石墨占所述原料总质量的10％-70％，所述聚丙烯腈-聚丙烯酸共聚物占所述原料总质量的0.1％-40％，所述碳纳米管占所述原料总质量的0.1％-40％，所述造孔剂占所述原料总质量的20％-80％。


3.根据权利要求2所述的改性集流体的制备方法，其特征在于，所述原料中还包括聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮占所述原料总质量的0.1％-40％。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝华，刘沅明，秦显营，康飞宇，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44