一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法，属于集流体及电化学腐蚀技术领域，所述三维集流体为碳纳米管纸，三维集流体的制备方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法


[0001]本专利技术属于集流体及电化学腐蚀
，具体涉及一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法
。

技术介绍

[0002]社会的不断进步，电化学储能系统在逐步成为研究的热点的同时，也走进了人们的日常生活，这就要求电化学储能系统不但需要高安全
、
稳定
、
低成本，也需要对环境友好
。
[0003]在实际反应过程中，由于铝可以转移三个电子，从而具有较高的功率密度和能量密度，金属铝负极的理论比容量可达
2980mAh
·
g
‑
1。
目前的铝离子电池具有资源丰富
、
来源广泛且可采用电化学稳定的离子液体作电解液等诸多优点，但在铝离子的发展中也不可避免的存在着一些问题和挑战
。
[0004]在铝离子电池中，日常使用的都是价格低廉的镍箔作为集流体，但镍箔在铝离子电池体系中会存在化学腐蚀的情况，且在低电位下会发生较多的副反应，导致库伦效率降低，严重的化学腐蚀也会引发安全问题，一系列的原因限制了铝离子电池的进一步应用，因此更加稳定的铝离子电池的集流体急需被开发
。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种应用于铝离子电池的三维集流体及其制备方法
。
[0006]所述三维集流体为喷金的碳纳米管纸
。
[0007]进一步地，一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、
将碳纳米管纸剪切为圆片后，使用超声清洗，并烘干；
[0009]S2、
利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金
。
[0010]进一步地，所述步骤
S1
的圆片直径为
11
‑
14mm
，超声清洗的溶液为无水乙醇，超声清洗次数为3‑8次
。
[0011]进一步地，所述步骤
S2
的磁控溅射的工作气氛为纯
Ar
或
N2，溅射时间为3‑
10min
，溅射电压为
300
‑
350V。
[0012]进一步地，所述磁控溅射喷涂金属的基底材料为含碳材料，所述含碳材料为碳纳米管纸
、
碳布
、
碳纸
。
[0013]所述磁控溅射的靶材为金属，所述金属为金
、
铝
、
银
。
[0014]进一步地，所述三维集流体采用电沉积法在其表面上均匀负载铝金属
。
[0015]进一步地，所述三维集流体上负载的铝离子容量为1‑
10mAh/cm2，恒电流沉积的电流密度为
0.5
‑
3mA/cm2。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017](1)
本专利技术所采用的三维集流体以碳纳米管纸为基底，碳纳米管纸具有较大的比表面积以及丰富孔隙结构，可以有效降低形核电位，减小实际电流密度
。
[0018](2)
本专利技术采用磁控溅射喷金后的碳纳米管纸与金属铝的晶格适配度更高，可以诱导金属铝初始外延沉积，形成铝金合金，提高铝沉积的均一性
。
[0019](3)
本专利技术磁控溅射喷金时间为3‑
10min
，可以达到最优效果，喷金时间过短无法有效诱导铝沉积，而喷金时间过长又会覆盖基底材料，减少集流体的导电性
。
[0020](4)
本专利技术采用磁控溅射法喷金的碳纳米管纸，工艺合成简便，喷金时间可控，有助于后期的工艺放大化生产
。
[0021]本专利技术的其他优点
、
目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本专利技术的实践中得到教导
。
本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得
。
附图说明
[0022]为了使专利技术的目的
、
技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0023]图1是采用实施例1制备的喷金后的碳纳米管纸集流体的扫描电子显微镜图
。
[0024]图2是采用实施例1制备的
CNT@Au
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.2mA/cm2时的过电位图
。
[0025]图3是采用实施例1制备的
CNT@Au
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.2mA/cm2时活化后在电流密度为
1mA/cm2，容量为
1mAh/cm2时的库伦效率图
。
[0026]图4是采用实施例1制备的
CNT@Au
集流体与
Al
组装的对电池的交流阻抗图
。
[0027]图5是采用实施例1制备的
CNT@Au
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.5mA/cm2情况下沉积
1mAh/cm2的
CNT@Au
电极的扫描电子显微镜图
。
[0028]图6是采用实施例1制备的
CNT@Au
集流体沉积
3mAh/cm2容量的铝金属后作为正负极在电流密度为
1mA/cm2，容量为
1mAh/cm2时的长循环性能图
。
[0029]图7是采用对比例1制备的
Ni
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.2mA/cm2时的过电位图
。
[0030]图8是采用对比例1制备的
Ni
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.2mA/cm2时活化后在电流密度为
1mA/cm2，容量为
1mAh/cm2时的库伦效率图
。
[0031]图9是采用对比例1制备的
Ni
集流体与
Al
组装的对电池的交流阻抗图
。
[0032]图
10
是采用对比例1制备的
Ni
集流体与
Al
组装的对电池在电流密度为
0.5mA/cm2情况下沉积
1mAh/cm2的
Ni
电极的扫描电子显微镜图
。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得
。
[0034]实施例中：
[0035]微观形貌表征：样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于铝离子电池的三维集流体，其特征在于：所述三维集流体为喷金后的碳纳米管纸
。2.
根据权利要求1所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体，还包括一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、
将碳纳米管纸剪切为圆片后，使用超声清洗，并烘干；
S2、
利用直流磁控溅射法在碳纳米管纸上喷金
。3.
根据权利要求2所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述步骤
S1
的圆片直径为
11
‑
14mm
，超声清洗的溶液为无水乙醇，超声清洗次数为3‑8次
。4.
根据权利要求3所述的一种应用于铝离子电池的三维集流体的制备方法，其特征在于：所述步骤
S2
的磁控溅射的工作气氛为纯
Ar
或
N2，溅射时间为3‑
10min

【专利技术属性】
技术研发人员：周佳辉，杨可晴，苏岳锋，潘晓钢，颉琛，高雨晴，
申请(专利权)人：中能鑫储北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：