【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二次电池领域，涉及一种弹性集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、硅负极容量高达3579mah/g，且成本低、储量丰富，是下一代锂离子电池的理想负极。然而硅负极与传统铜箔集流体的界面结合力较弱，在经历充放电过程中的体积膨胀时，硅负极涂层与集流体的导电界面应力不断积累，导致界面失连，电化学性能衰减。目前针对硅负极的优化着重于活性材料改性、粘结剂优化和导电剂开发，对集流体的关注较少。为提升硅负极活性材料涂层与集流体的界面结合，现有的手段包括增加铜箔集流体表面粗糙度、提升集流体表面粘性和弹性复合集流体开发。
2、例如，cn117117078a公开了一种锂离子电池及其负极极片，通过采用具有一定粗糙度的铜集流体，增大了铜集流体与负极活性物质之间的接触面积，进而加强了负极活性物质与铜集流体之间的物理互锁，抑制了极片脱膜问题；cn119008970a公开了一种高导电性高粘性的集流体涂炭浆料，其将聚乙烯醇和甲基丙烯酸甲酯经酯交换反应，得到了具有高粘性的改性粘合剂，从而提高了集流体与活性物质之间的粘结强度；cn111211330a公开了一种可弯曲锂离子电池，通过在多孔网格薄膜上涂覆导电银层作为集流体，提高了集流体的可压缩弹性，从而起到了缓解界面应力的效果。
3、然而，增加铜箔表面粗糙度可以提升硅负极涂层与集流体界面结合力，但无法减轻界面应力积累，导致硅负极性能提升有限；通过有机高分子涂覆改善集流体表面粘性会降低界面电子导电性、提升界面电阻且无法缓解界面应力；弹性集流体能够缓解界面应力、提升电化学性能，但在大
4、因此，如何开发出一种能够有效缓解集流体与电极涂层间界面应力，且不会对电极电化学性能产生负面影响的集流体，是亟需解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种弹性集流体及其制备方法和应用。本专利技术通过将空心碳和/或生物质基多孔碳作为弹性碳材料，与导电添加剂和粘结剂混合后，涂覆于金属箔材至少一侧表面上形成弹性碳界面层，在不影响电极电化学性能的情况下，增加了集流体表面的粗糙度，动态地减轻了界面应力，使界面持久地保持导电连接，有效提升了电极的电化学稳定性，并且制备方法简单，适合大规模应用。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种弹性集流体，所述弹性集流体包括金属箔材和设置于所述金属箔材至少一侧表面上的弹性碳界面层，所述弹性碳界面层包括弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂；
4、所述弹性碳材料包括空心碳和/或生物质基多孔碳，所述生物质基多孔碳的表面和内部同时具有孔洞结构。
5、本专利技术中，通过在金属箔材至少一侧表面设置一层包括空心碳和/或生物质基多孔碳的弹性碳界面层，能够提升集流体表面的粗糙度，增加集流体与电极涂层的粘结位点，并且，由于空心碳和/或生物质基多孔碳具有一定的压缩弹性，因此可以减缓电极与集流体界面的应力、增加界面电子导电界面的稳定性；此外，使用生物质基多孔碳作为弹性碳界面层还具有成本低的优点，适合大规模应用。
6、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
7、优选地，所述弹性碳界面层的厚度为0.5～2μm，例如0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
8、本专利技术中，可以根据所使用的电极材料在使用过程中的体积变化程度选择不同的弹性碳界面层厚度；通过将弹性碳界面层的厚度控制在0.5～2μm这个范围内，能够较好地兼顾集流体的稳定性和导电性，使集流体起到有效的缓冲电极应力的效果。
9、优选地，所述弹性碳材料的平均粒径为0.5～5μm，例如0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
10、优选地，所述空心碳的壁厚为5～20nm，例如5nm、7nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
11、优选地，所述生物质基多孔碳的孔隙率为10～90％，例如10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
12、本专利技术中，通过调控空心碳的壁厚和/或生物质基多孔碳的孔隙率，可以对界面层的可压缩弹性以及导电性进行调控；通过将空心碳的壁厚控制在5～20nm、生物质基多孔碳的孔隙率控制在10％～90％这个范围内，能够使电极在导电性和缓冲电极应变效果之间达到较好的平衡。
13、优选地，当弹性碳材料包括所述空心碳和生物质基多孔碳时，所述空心碳和生物质基多孔碳的质量比为(5～50):(50～95)，例如5:95、10:90、20:80、25:75、30:70、35:65、40:60、45:55或50:50等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
14、本专利技术中，当使用两种弹性碳材料时，通过将空心碳和生物质基多孔碳的质量比控制在(5～50):(50～95)这个范围内，能够使材料更好地实现电极电化学性能、抗应变能力和成本之间的平衡。
15、优选地，所述弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂在所述弹性碳界面层的质量比为(25～45):(25～45):(10～30)，例如25:45:30、30:40:30、35:50:15、40:40:20、45:30:25或45:45:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16、本专利技术中，可以通过调控弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂在所述弹性碳界面层的质量比，尤其是弹性碳材料的占比，实现对弹性层可压缩弹性以及导电性、粗糙度的调控，进而调控电极涂层与集流体间的连接强度，实现不同程度缓冲电极应力的效果。
17、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的弹性集流体的制备方法，所述制备方法包括：将弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂在溶剂中分散均匀，得到导电浆料，然后将得到的所述导电浆料涂覆在金属箔材上，烘干后得到所述弹性集流体。
18、本专利技术中，仅需将弹性碳材料与导电添加剂和粘结剂在溶剂中分散均匀，然后将其涂覆在金属箔材上，即可实现弹性碳界面层的制备，方法简单，适用于任何电极的制备，适合大规模应用。
19、优选地，所述混合的方式包括搅拌或砂磨。
20、优选地，所述涂覆的方法包括涂布或凹版印刷。
21、优选地，所述空心碳的制备过程包括：向石英管中通入碳源，采用化学气相沉积法在模板上沉积石墨化碳层，得到模板/石墨化碳层复合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种弹性集流体，其特征在于，所述弹性集流体包括金属箔材和设置于所述金属箔材至少一侧表面上的弹性碳界面层，所述弹性碳界面层包括弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂；
2.根据权利要求1所述的弹性集流体，其特征在于，所述弹性碳界面层的厚度为0.5～2μm；
3.一种如权利要求1或2所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂在溶剂中分散均匀，得到导电浆料，然后将得到的所述导电浆料涂覆在金属箔材上，烘干后得到所述弹性集流体。
4.根据权利要求3所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述混合的方式包括搅拌或砂磨；
5.根据权利要求3或4所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述空心碳的制备过程包括：向石英管中通入碳源，采用化学气相沉积法在模板上沉积石墨化碳层，得到模板/石墨化碳层复合物，然后用溶剂对所述模板/石墨化碳层复合物中的模板进行刻蚀，得到所述空心碳；
6.根据权利要求5所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积的升温速率为15～20℃/min；
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8.根据权利要求3所述的弹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：
9.一种锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极包括如权利要求1或2所述的弹性集流体；
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括如权利要求9所述的锂离子电池负极。
...【技术特征摘要】
1.一种弹性集流体，其特征在于，所述弹性集流体包括金属箔材和设置于所述金属箔材至少一侧表面上的弹性碳界面层，所述弹性碳界面层包括弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂；
2.根据权利要求1所述的弹性集流体，其特征在于，所述弹性碳界面层的厚度为0.5～2μm；
3.一种如权利要求1或2所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将弹性碳材料、导电添加剂和粘结剂在溶剂中分散均匀，得到导电浆料，然后将得到的所述导电浆料涂覆在金属箔材上，烘干后得到所述弹性集流体。
4.根据权利要求3所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述混合的方式包括搅拌或砂磨；
5.根据权利要求3或4所述的弹性集流体的制备方法，其特征在于，所述空心碳的制备过程包括：向石英管中通入碳源，采用化学气相...
【专利技术属性】
技术研发人员：施启涛，沈炎宾，葛军，罗文婷，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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