【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池，具体涉及一种锂电池正极铝集流体及其制备方法、以及使用该集流体的锂电池。
技术介绍
1、电池作为高效电化学储能设备对于间歇性可再生能源的有效利用至关重要，现阶段社会对锂电池的应用提出了更高的需求，伴随着动力电池向更高能量密度、更高电压需求趋势的发展，当前的电池技术面临的挑战亟待解决。目前锂离子电池广泛采用的电解液六氟磷酸锂(lipf6)由于热稳定性差、遇水分易分解、点蚀等问题将会被替换，而双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)凭借其良好的水、热稳定性，电化学稳定性，高导电率等优势，必将成为下一代锂盐的佼佼者，然而这种锂盐其本身会导致正极集流体铝箔在锂电池中的腐蚀加剧，进而影响电池的整体性能，因此抑制这种腐蚀情况的进行是应用该类电解液和高功率密度锂电池发展的瓶颈问题。
2、正极集流体铝箔在六氟磷酸锂(lipf6)电解液中伴随着电池充放电过程，会形成稳定且致密的alf3钝化膜，保护基体不被腐蚀从而提升电池整体安全性能以及延长锂电池使用寿命。但在双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)电解液中则观察到电池充放电后无法形成这类稳定且致密钝化膜对基体进行保护。随循环周数的增加，正极集流体铝箔表面会产生的不同程度的空洞和裂纹。大量空洞和裂纹的产生会影响电池的使用寿命、能量密度、安全性能等。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种锂电池正极铝集流体及其制备方法、以及使用该集流体的锂电池。采用磁控溅射技术在正极铝集流体上沉积一层改性修饰层，从而使改性后
2、本专利技术具体是通过如下技术方案来实现的。
3、本专利技术的第一个目的是提供一种锂电池正极铝集流体，包括铝箔基体，采用磁控溅射镀膜技术在所述铝箔基体上形成修饰层，所述修饰层为金属单质层、金属氧化物层、合金层、四氟乙烯层、金属氮化物层、碳化钛层或石墨层；
4、修饰层具有一定的耐腐蚀性、在一定温度情况下的热稳定性、一定电压情况下的稳定性以及良好的导电率等，表面修饰后的铝箔，腐蚀情况得到抑制，电池的循环稳定性得到提高，使用寿命得到延长等；
5、所述金属单质层中的金属单质为铂、钛、金、钽、银、铬、镍、锌、镉、铍、铟、铼、锑、铑、、钌、、铱或钯；
6、金属氧化物层中的金属氧化物为氧化铝、氧化硼、氧化钠、氧化硅或氧化锂；
7、合金层中的合金为monel合金；
8、金属氮化物层中的金属氮化物为氮化钽、氮化钛、氮化铝、氮化镁、氮化锂或氮化钛。
9、在本专利技术优选的实施方式中，所述铝箔表面为糙面、光面、镜面打磨中的任意一种。
10、本专利技术的第二个目的是提供所述锂电池正极铝集流体的制备方法，包括以下步骤：
11、首先在磁控溅射送样室内反溅，送样室内的反溅是为了增加样品与溅射产物的结合力，反溅后在溅射室中使基体上镀上溅射物质，在溅射室中通过磁控溅射将改性层元素沉积在铝箔基体上，溅射时的靶材为所述修饰层的元素靶材。
12、在本专利技术优选的实施方式中，磁控溅射过程中的本底真空度为(0.1～9.9)*10-5pa，工作气压为0.2～0.3pa，修饰层元素靶材纯度≥99.99％。
13、在本专利技术优选的实施方式中，磁控溅射过程中，靶极距为8～12cm、反溅时间为10min、反溅功率为50w、反溅温度为20～30℃、溅射时间为30～90min、溅射功率为70w～210w、溅射温度为20～30℃。
14、在本专利技术优选的实施方式中，铝箔基体使用前用酒精擦拭双面。
15、在本专利技术优选的实施方式中，靶材使用前用丙酮清洗靶材后烘干。
16、本专利技术的第三个目的是提供一种锂电池，由正极集流体、锂金属片、隔膜和电解液组成，其特征在于，所述正极集流体为所述的集流体，电解液为双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)、碳酸乙烯酯(ec)和碳酸二乙酯(dec)的混合液，隔膜为聚乙烯隔膜或聚丙烯微孔隔膜。
17、本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
18、本专利技术公开了双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)电解液中耐腐蚀铝集流体，该集流体在现有商业集流体的表面沉积一层改性修饰金属单质、金属氧化物、四氟乙烯、金属氮化物、碳化钛、合金或石墨镀层，能够有效抑制循环过程中腐蚀电流的产生，防止腐蚀空洞、裂纹的产生，进而提升电池循环稳定性、使用寿命、安全性能、能量密度等。
19、本专利技术相对于现有技术，开发了一种改性修饰层铝集流体，与纯铝集流体相比，较能保护基体铝箔在电池循环过程中不被腐蚀。另一方面，表面改性层在耐腐蚀情况下也增加了与电解液的接触面积，这也使得电阻降低，这种情况下进一步提升了电池整体性能。
20、本专利技术公开了锂离子电池铝集流体的制备方法，该制备方法通过磁控溅射工艺技术，在现有集流体基体的表面上修饰溅射纳米级元素颗粒，严格控制溅射过程的工艺参数，根据不同的溅射元素，选择不同反溅时间、溅射时间、溅射功率、溅射气压等，使得集流体表面沉积一层致密均匀的纳米级薄膜。
21、本专利技术公开了利用该集流体制备的锂半电池，验证发现，应用了该集流体的电池在使用循环伏安法(cv)研究电极与电解液上电化学反应时明显观察到腐蚀电流减小，腐蚀所需电位升高，通过循环前后形貌对比，观察到经改性层修饰的铝箔表面未发现空洞和裂纹，xps对比发现f-s峰值下降面积占比减小，未发现al-f键，说明腐蚀情况明显被抑制，因此说明使用该集流体的电池提升了安全性能、循环使用寿命、循环稳定性等。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种锂电池正极铝集流体，包括铝箔基体，其特征在于，采用磁控溅射镀膜技术在所述铝箔基体上形成修饰层，所述修饰层为金属单质层、金属氧化物层、合金层、四氟乙烯层、金属氮化物层、碳化钛层或石墨层；
2.根据权利要求1所述的锂电池正极铝集流体，其特征在于，所述铝箔表面为糙面、光面、镜面打磨中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极铝集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，磁控溅射过程中的本底真空度为(0.1～9.9)*10-5Pa，工作气压为0.2～0.3Pa，修饰层元素靶材纯度≥99.99％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，磁控溅射过程中，靶极距为8～12cm，反溅时间为10min，反溅功率为50W，反溅温度为20～30℃，溅射时间为30～90min，溅射功率为70W～210W，溅射温度为20～30℃。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，铝箔基体使用前用酒精擦拭双面。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，靶材使用前，
8.根据权利要求1所述的锂电池正极铝集流体在锂电池中的应用。
9.一种锂电池，由正极集流体、锂金属片、隔膜和电解液组成，其特征在于，所述正极集流体为权利要求1所述的集流体，电解液为双氟磺酰亚胺锂盐、碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合液。
10.根据权利要求9所述的锂电池，其特征在于，隔膜为聚乙烯隔膜或聚丙烯微孔隔膜。
...【技术特征摘要】
1.一种锂电池正极铝集流体，包括铝箔基体，其特征在于，采用磁控溅射镀膜技术在所述铝箔基体上形成修饰层，所述修饰层为金属单质层、金属氧化物层、合金层、四氟乙烯层、金属氮化物层、碳化钛层或石墨层；
2.根据权利要求1所述的锂电池正极铝集流体，其特征在于，所述铝箔表面为糙面、光面、镜面打磨中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的锂电池正极铝集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，磁控溅射过程中的本底真空度为(0.1～9.9)*10-5pa，工作气压为0.2～0.3pa，修饰层元素靶材纯度≥99.99％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，磁控溅射过程中，靶极距为8～12c...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋忠孝，袁紫杰，熊仕昭，王永静，杜晓晔，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。