【技术实现步骤摘要】
本申请涉及集流体，尤其涉及一种石墨烯毛化集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、集流体在电池中扮演着至关重要的角色。它们通常用于电池的负极和正极，以促进电流的均匀分布和高效的电荷传输。以下是现有技术中集流体的分配和工作原理：
2、1.传统集流体的类型包括：1)金属箔，最常见的集流体是金属箔，如铜箔用于负极，铝箔用于正极；2)网格或泡沫：在某些设计中，使用金属网格或泡沫作为集流体，特别是在需要更大表面积或特定结构的应用中；3)导电塑料或纤维：在柔性或可穿戴电池中，可能使用导电塑料或纤维作为集流体。
3、2.集流体的工作原理包括：1)电荷传输：集流体的主要功能是从电极材料(活性材料)传输电子到电池的外部电路；2)支撑和导电：它们提供了一个结构，既支撑活性材料，又确保了良好的电导性，允许电子自由流动；3)热管理：在高功率应用中，集流体还有助于热管理，帮助分散电池操作过程中产生的热量。
4、3.特殊设计和创新包括：1)微纳米结构：为了提高表面积和促进更好的电荷传输，一些集流体采用了微纳米级的表面结构设计；2)复合材料：结合导电聚合物、碳纤维等材料的集流体，旨在提高机械强度和电导性，同时降低重量。
5、4.性能考量包括：1)电导率：高电导率是集流体的重要特性，以最小化内阻和能量损失；2)机械强度和柔韧性：特别是在柔性电池中，集流体需要有足够的机械强度和柔韧性；3)化学稳定性：集流体应对电池中的化学环境稳定，以保持长期性能。
6、在不同类型的电池中(如锂离子电池、铅酸电池、固态电
7、现有技术下的集流体虽然在多种电池系统中发挥着关键作用，但它们也存在一些缺点和不足之处：1)重量和体积问题：传统的金属集流体(如铜和铝箔)增加了电池的重量和总体积，这对于追求轻量化和高能量密度的应用(如电动汽车和便携式电子设备)来说是一个限制；2)电化学稳定性：在某些电池化学体系中，特别是在高电压或极端环境下，集流体的化学稳定性可能受到挑战。例如，在高电压条件下，铝集流体可能会发生腐蚀；3)电导率限制：虽然金属集流体具有良好的电导性，但仍有改进空间，特别是在高功率应用中，电池的性能可能受到内部电阻的限制；4)制造成本：高质量集流体的生产过程可能成本较高，特别是当涉及到复杂的微纳米结构设计时；5)界面接触不良：集流体与电极材料之间可能存在接触不良的问题，这会影响电池的充放电效率和循环寿命。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本申请提供了一种石墨烯毛化集流体及其制备方法和应用。本专利技术使用石墨烯毛化集流体在正极材料、负极材料分别做石墨烯毛化处理的方式，不增加重量，从而改善电导率和化学稳定性的集流体，提高集流体的性能。
2、第一方面，本申请提供了一种石墨烯毛化集流体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
3、采用聚合物对正极集流体基材表面进行镀层，后进行激光烧录，得到所述石墨烯毛化集流体；和/或，
4、将负极集流体基材进行化学气相沉积反应，以实现石墨烯生长在所述负极集流体基材上，得到所述石墨烯毛化集流体。
5、进一步地，所述正极集流体基材包括铝箔，所述铝箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99.9％；厚度为10～20微米。
6、进一步地，所述聚合物包括环氧树脂聚合物、聚酰亚胺聚合物和热固性聚合物；所述镀层的厚度为1～3微米。
7、进一步地，所述激光烧录的工作参数包括：功率为400毫瓦-800毫瓦，扫描速率为0.3cm/s-1cm/s。
8、进一步地，所述负极集流体基材包括铜箔，所述铜箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99％；厚度为6～8微米。
9、进一步地，将负极集流体基材进行化学气相沉积反应的步骤包括：将铜箔放入cvd炉中，通入氢气和氩气或者氮气作为保护气体，加热至900-1000℃左右，并在该温度下保持稳定20分钟；停止通入保护气体，改通入碳源气体，在高温条件下，碳原子会在铜箔表面分解并形成石墨烯，这个过程持续30分钟；反应完成后，关闭甲烷气体，再次通入保护气体以排净甲烷气体；在保护气体的环境下，让炉子逐渐冷却到室温，然后取出铜箔。
10、进一步地，石墨烯在铜箔表面生长厚度为1-3微米。
11、第二方面，本申请提供了一种石墨烯毛化集流体，所述石墨烯毛化集流体包括第一方面任一项所述的制备方法制得。
12、第三方面，本申请提供了第二方面任一项所述的石墨烯毛化集流体在制备电池中的应用。
13、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：
14、本专利技术使用石墨烯毛化集流体在正极材料、负极材料分别做石墨烯毛化处理的方式，不增加重量，从而改善电导率和化学稳定性的集流体，提高集流体的性能，为改性集流体制备提供了一种新的手段，具有广泛的实际应用价值。具体来说具有如下优点：
15、(1)提升电池效率：通过在集流体表面形成石墨烯结构，可以显著提高电子的穿越速度和电池的充放电效率。
16、(2)降低电池内阻：石墨烯的高电导性能有助于减少电池内部的电阻，从而提高电池的整体性能。
17、(3)增加电池容量：由于石墨烯结构增加了集流体的表面积，可以在相同体积的电池中装载更多的活性材料，从而增加电池的能量密度和总容量。
18、(4)改善低温性能：石墨烯的独特属性可能有助于提升电池在低温环境下的充放电能力，这对于在寒冷环境中使用的电池尤为重要。
19、(5)增强电池的循环稳定性：石墨烯的化学稳定性和机械强度有助于提高电池在长期使用过程中的稳定性和耐久性。
20、(6)提高热管理效率：石墨烯的良好热导性能有助于改善电池的热管理，减少过热的风险，特别是在高功率应用中。
21、(7)环境友好：相比传统的金属基集流体，使用石墨烯可能降低对环境的影响，尤其是如果石墨烯的生产过程是可持续的。
22、(8)提高电池的安全性：改善电池内部的电子和离子传输可以减少可能导致过热和其他故障的局部热点。
23、总之，本专利技术通过创新的集流体设计，不仅提高了电池的性能，还可能在安全性、稳定性和环境可持续性方面带来积极的效果。
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1.一种石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述正极集流体基材包括铝箔，所述铝箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99.9％；厚度为10～20微米。
3.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括环氧树脂聚合物、聚酰亚胺聚合物和热固性聚合物；所述镀层的厚度为1～3微米。
4.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述激光烧录的工作参数包括：功率为400毫瓦-800毫瓦，扫描速率为0.3cm/s-1cm/s。
5.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述负极集流体基材包括铜箔，所述铜箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99％；厚度为6～8微米。
6.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，将负极集流体基材进行化学气相沉积反应的步骤包括：将铜箔放入CVD炉中，通入氢气和氩气或者氮气作为保护气体，加热至900-1000℃左右，并
7.根据权利要求6所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，石墨烯在铜箔表面生长厚度为1-3微米。
8.一种石墨烯毛化集流体，其特征在于，所述石墨烯毛化集流体采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.权利要求8所述的石墨烯毛化集流体在制备电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述正极集流体基材包括铝箔，所述铝箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99.9％；厚度为10～20微米。
3.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述聚合物包括环氧树脂聚合物、聚酰亚胺聚合物和热固性聚合物；所述镀层的厚度为1～3微米。
4.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述激光烧录的工作参数包括：功率为400毫瓦-800毫瓦，扫描速率为0.3cm/s-1cm/s。
5.根据权利要求1所述的石墨烯毛化集流体的制备方法，其特征在于，所述负极集流体基材包括铜箔，所述铜箔的理化参数包括：以重量百分数计，纯度＞99％；厚度为6～8...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈利军，郝国舜，
申请(专利权)人：北京创新爱尚家科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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