一种碳纳米管纤维集流体的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管纤维集流体的制备方法，包括如下步骤：S1、将铝箔坯料通保护气后加热，再加入催化剂，通混合碳源气体进行反应，在铝箔表面进行化学沉积生长碳纳米管纤维，反应后持续通保护气并保温，得沉积后的铝箔；所述混合碳源气体包括保护气和碳源；将沉积后的铝箔进行粗轧、精轧，再进行箔轧、分切制得碳纳米管纤维集流体。本发明专利技术中碳纳米管纤维包覆在铝箔表面，增加箔材的韧性，抗拉强度和延伸都得到增强，同时由于表面存在碳纳米管纤维对铝箔缺陷起到支持的作用，改善针孔导致的断带。断带。断带。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管纤维集流体的制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池领域，具体涉及一种碳纳米管纤维集流体的制备方法，尤其涉及一种集流体及其应用，具体涉及一种集流体，以及包括所述集流体的二次电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长和无污染等优点应用场景越来越广，21世纪随着环境问题以及油价问题，锂离子电池开始越来越多地应用于电动汽车

[0003]锂离子电池的电芯结构通常包括正极、负极、隔膜、电解液。正极电池结构通常包括集流体和涂覆在集流体上的活性物质。随着消费者对续航里程以及车厂对能量密度要求的增加，电池的能量密度需求也越来越高，这对电芯设计的要求以及电芯材料的要求愈发的极限。为了进一步提升电池的能量密度，必须对集流体进行减薄处理。但是薄集流体在实际使用过程中存在以下缺陷：1.力学性能降低，抗拉强度与延伸率降低。2.表面缺陷严重，针孔与粗糙度增加。3.过流能力降低，温升大。最终导致正极辊压断带频繁，电池极化严重，对电池循环寿命、倍率性能、一致性、安全性能产生重大影响。
[0004]正极集流体轧至一定厚度(0.038mm)后，会不可避免的产生针孔。随着铝箔材制和轧制技术的不断发展，这一厚度已降低至0.025mm。虽然铝箔成品表面允许存在针孔，但任一单位面积内，针孔的尺寸和数量都不能高于规定值。国标中对不同厚度集流体中允许存在的针孔个数如下：
[0005][0006]在实际应用阶段，针孔造成的断带是限制正极电极产能的主要因数，且随着正极电极涂布辊压速度的提升与压实密度的增大，这种现象更加严重。
[0007]经检索，申请号为201710995739的在先专利，提供了一种导电集流体的制备方法，该方法包括如下步骤：S1，制备碳纳米管；S2，在具有若干孔隙的箔材的两侧均反复涂覆所述碳纳米管，所述碳纳米管覆盖在所述箔材的两侧面并形成若干层碳纳米管膜；S3，将涂覆
了所述碳纳米管的所述箔材辊压。该专利的思路是在光铝箔表面涂覆碳纳米管，同时为了解决碳纳米管在光箔上的粘附力问题而选用多孔箔材，且孔隙率在10％
‑
90％之间，这明显是不符合生产实际，铝箔孔隙越大在极片涂布辊压过程中的断带频次就越高。同时该专利的侧重点是改善箔材的导电性缺忽略了铝箔在辊压阶段的断带问题以及如何改善电池电阻的一致性问题。
[0008]在设计结构上，该专利采用的是锂电行业内比较传统的工艺：在箔材上面涂覆导电层，只不过将导电材料从炭黑转成碳纳米管进一步提升导电性能。本专利技术从改善箔材在锂电行业实际使用过程角度出发，解决在极片辊压过程中由于箔材表面针孔导致的极片断带的问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对现有技术中箔材断带的问题，提供一种碳纳米管纤维集流体的制备方法。
[0010]本专利技术从针孔产生的原因出发，结合集流体制备工艺以及碳纳米管纤维的制备工艺，将碳纳米管纤维的制备引入到集流体的加工环节。将铸造的板锭加热至温度1000℃左右，在铝锭熔炼阶段，加入碳源与有机气体做混合碳源，在催化剂的作用下，通过化学沉积法在铝锭表面生长碳纳米管纤维。然后将加热后的板锭进行粗轧，对粗轧的卷材进行精轧，分切，包装。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下方案来实现：
[0012]本专利技术提供了一种碳纳米管纤维集流体的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0013]S1、将铝箔坯料通保护气后加热，再加入催化剂，通混合碳源气体进行反应，在铝箔表面进行化学沉积生长碳纳米管纤维，反应后持续通保护气并保温，得沉积后的铝箔；所述混合碳源气体包括保护气和碳源；
[0014]S2、将沉积后的铝箔进行粗轧、精轧，再进行箔轧、分切制得碳纳米管纤维集流体。
[0015]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述保护气为惰性气体，包括氩气、氖气、氮气中的一种或几种。反应前、反应后保护气的通入速率为1
‑
5L/min。
[0016]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述混合碳源气体的通入速率为1
‑
10L/min。保护气和碳源的体积比为(1
‑
3):(6
‑
10)。当混合碳源气体的通过速率过快会导致碳纳米纤维的管长过短，影响导电性能，同时，碳纳米纤维不能有效的沉积在铝箔表面，不能起到改善铝箔断带的效果；当碳源气体的通过速率过慢会导致无法在铝箔标准生长碳纳米纤维，最终无法得到成品。
[0017]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述加热的温度为1000
‑
1400℃。该温度范围是碳纤维适合的生长沉积温度。
[0018]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述催化剂包括金属催化剂和/或非金属催化剂。所述金属催化剂包括常规金属催化剂、贵金属催化剂、ⅣB到
Ⅵ
B族金属催化剂中的一种或几种。金属催化剂包括Fe、Co、Ni中的一种或几种。其中Fe的催化效果最好，在相同的添加量下可获得更加优质的碳纳米纤维，且价格便宜，可大规模应用；贵金属催化剂包括Cu、Au、Ag、Pd中的一种或几种；ⅣB到
Ⅵ
B族金属催化剂包括Mo、W中的一种或几种。非金属催
化剂包括TiO2、ZnO、MgO中的一种或几种。
[0019]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述碳源包括丙烯、CO、CH4中的一种或几种。在催化剂的作用下，混合碳源在铝箔表面炭化成碳纳米管纤维，停止加热后，再在氦气或氮气保护气的氛围中保温。
[0020]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1所得沉积后的铝箔表面覆盖的碳纳米管纤维厚度为0.1
‑
1um，管长为10
‑
100um，管径为10
‑
50nm。碳纳米管纤维形状为管状中空结构，优选管径10nm。优选BET为450
‑
800m2/g。碳纳米管纤维长径比120
‑
150，电阻率0.3
‑
0.5Ω.cm。同时覆盖在铝箔表面的面密度为0.1
‑
10g/m2，优选面密度为0.4g/m2。
[0021]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S1中所述保温的温度为1000
‑
1400℃，保温时间为6
‑
10h。
[0022]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中所述粗轧使用的粗轧油为质量分数60％
‑
80％的基础油加入20％
‑
40％的醇类添加剂组成。轧制油喷淋量为0.6
‑
0.8ml/m2。基础油为正构烷烃；醇类添加剂包括Wylor12、CSA
‑
P。铝箔轧制工艺包括将铝箔胚料投入粗轧机进行喷淋粗轧，粗轧完后采用低闪点油进行精轧，最终产品进行分切。
[0023]作为本专利技术的一个实施方案，步骤S2中铝箔粗轧使用的粗轧油的初馏温度为180℃
‑
200℃，终馏温度250℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管纤维集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、将铝箔坯料通保护气后加热，再加入催化剂，通混合碳源气体进行反应，在铝箔表面进行化学沉积生长碳纳米管纤维，反应后持续通保护气并保温，得沉积后的铝箔；所述混合碳源气体包括保护气和碳源；S2、将沉积后的铝箔进行粗轧、精轧，再进行箔轧、分切制得碳纳米管纤维集流体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述保护气为惰性气体，包括氩气、氖气、氮气中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述加热的温度为1000
‑
1400℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述催化剂包括金属催化剂和/或非金属催化剂。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述碳源包括丙烯、CO、CH4中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述保温的温度为1000
‑
1400℃，保温时间为6
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵学祥，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：瑞浦兰钧能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：