本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合鋁箔集流體及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、儲(chǔ)能器件是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的關(guān)鍵，它不僅能有效地利用現(xiàn)有能源，而且能開發(fā)利用新能源。其中，鋰離子電池、超級(jí)電容器、鋰離子電容器是當(dāng)前應(yīng)用與研究較為成熟的三大新型儲(chǔ)能器件。

2、由于鋰離子電池使用的液態(tài)有機(jī)電解液的導(dǎo)電能力較弱，為了實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的大電流充放電性能，鋰離子電池的正極材料和負(fù)極材料一般都加工成粉末狀，再將正極材料的粉末或負(fù)極材料的粉末，采用粘合劑粘結(jié)在集流體上，實(shí)現(xiàn)電流的收集。因此，對(duì)于鋰離子電池來說，集流體作為鋰電池的重要組成部分，起著溝通外部電流和內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)的重要作用，對(duì)鋰電池的性能具有顯著影響。而集流體的表面狀況、集流體與正極材料和負(fù)極材料之間的接觸阻抗、集流體在充放電過程中表面狀況變化情況，對(duì)電池的性能均有著較大程度的影響。

3、當(dāng)前的商用鋰電池采用正極集流體作為鋁箔材料，其電化學(xué)穩(wěn)定性來源于鋁箔表面致密的氧化鋁保護(hù)層。然而，鋁箔集流體在電池長期循環(huán)過程中容易受到局部電化學(xué)腐蝕，造成電阻增加，電池短路，產(chǎn)生諸多不良副反應(yīng)，導(dǎo)致電池性能退化或失效。

4、而在未來，由于消費(fèi)電子產(chǎn)品的輕便化等現(xiàn)實(shí)需求，對(duì)鋰離子電池的高性能要求不斷提高，因此，急需改善集流體的電化學(xué)性能以適應(yīng)市場。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了改善集流體的電化學(xué)性能，本發(fā)明提供一種復(fù)合鋁箔集流體及其制備方法和應(yīng)用。

2、根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供一種復(fù)合鋁箔集流體，該復(fù)合鋁箔集流體包括依次層疊設(shè)置的鋁箔、第一功能層、第二功能層；第一功能層包括鋁元素，第二功能層包括碳元素。在本發(fā)明中，通過在鋁箔表面設(shè)置第一功能層，能夠增加集流體的偏壓，進(jìn)而增加碳元素的滲入溶出效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)增加第二功能層的導(dǎo)電性。由此本發(fā)明所提供的集流體更加便于帶電碳離子在集流體表面進(jìn)行高效的吸附、結(jié)合、成膜，形成高致密性的碳層結(jié)構(gòu)。

3、優(yōu)選地，按照厚度比計(jì)算，第一功能層；第二功能層＝2～3：1.5～2.5。當(dāng)?shù)谝还δ軐优c第二功能層的厚度滿足該范圍時(shí)，能夠進(jìn)一步優(yōu)化集流體的電化學(xué)性能。

4、優(yōu)選地，第一功能層的厚度為2～3μm。

5、優(yōu)選地，第二功能層的厚度為1.5～2.5μm。

6、優(yōu)選地，鋁箔的厚度為6～9μm。

7、優(yōu)選地，復(fù)合鋁箔集流體的厚度為12～16μm。

8、根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，該方法包括如下步驟：s1.將鋁箔放置于基臺(tái)上，隨后抽真空后通入惰性氣體，清除鋁箔表面的氧化層；s2.隨后在鋁箔表面通過磁控濺射處理沉積鋁膜，得到第一功能層；s3.緊接著在第一功能層表面通過磁控濺射處理沉積碳膜，形成第二功能層，得到復(fù)合鋁箔集流體。

9、本發(fā)明所提供的制備方法，通過利用真空磁控濺射法，使得第一功能層在等離子體環(huán)境下與鋁箔表面的氧化物和氫氧化物發(fā)生鍵合作用，從而促進(jìn)鋁箔和第一功能層之間形成良好的結(jié)合，提高復(fù)合集流體的使用壽命。進(jìn)一步地，在第一功能層表面使用真空磁控濺射法制備第二功能層，有助于形成更為致密的第二功能層，從而增加集流體的耐腐蝕性和電化學(xué)性能。

10、優(yōu)選地，在s2中，形成所述第一功能層的穩(wěn)弧源和聚焦源電流為3～5a。

11、優(yōu)選地，在s2中，形成所述第一功能層的沉積時(shí)間為5～8分鐘。

12、優(yōu)選地，在s3中，形成第二功能層的穩(wěn)弧源和聚焦源電流為4.5～5.5a。在磁控濺射處理中，穩(wěn)弧源和聚焦源的電流過小會(huì)導(dǎo)致第二功能層所形成的厚度過薄，進(jìn)而集流體在電解液的反復(fù)侵蝕下沉積層會(huì)容易脫落。而穩(wěn)弧源和聚焦源的電流過大會(huì)導(dǎo)致所形成的第二功能層厚度過大，材料應(yīng)力集中，導(dǎo)致第二功能層容易開裂，結(jié)構(gòu)疏松，進(jìn)而集流體在電解液溶液侵入碳層內(nèi)部，發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致第二功能層的結(jié)合力減弱從而脫落。

13、優(yōu)選地，在s2～s3中，形成第一功能層與第二功能層的基底偏壓為145～155v。偏壓過小時(shí)，帶電離子難以在形成類似于致密薄膜，一方面會(huì)導(dǎo)致第一功能層與鋁箔之間的結(jié)合力下降，另一方面會(huì)導(dǎo)致第二功能層導(dǎo)電性下降；而當(dāng)偏壓過高，則會(huì)導(dǎo)致碳離子的動(dòng)能增大，大量碳離子會(huì)出現(xiàn)反彈作用，無法穩(wěn)定成膜，第二功能層會(huì)發(fā)生變形和卷曲現(xiàn)象，使導(dǎo)電性發(fā)生降低。

14、優(yōu)選地，在s3中，形成第二功能層的沉積時(shí)間為為55～65分鐘。沉積時(shí)間過小，帶電碳離子結(jié)合不充分，會(huì)導(dǎo)致材料表面有較多顆粒狀碳層堆積，無法連接成膜，造成材料表面塌陷；沉積時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致材料的內(nèi)應(yīng)力增加，內(nèi)部缺陷累積，導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂紋和脫落。

15、優(yōu)選地，在s2～s3中，形成第一功能層與第二功能層的引出源電流條件為10～15a。

16、本發(fā)明的第三個(gè)方面，提供一種鋰離子電池，該鋰離子電池包括如上述復(fù)合鋁箔集流體。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合鋁箔集流體，其特征在于，所述復(fù)合鋁箔集流體包括依次層疊設(shè)置的鋁箔、第一功能層、第二功能層；

2.如權(quán)利要求1所述復(fù)合鋁箔集流體，其特征在于，按照厚度比計(jì)算，所述第一功能層：所述第二功能層＝2～3：1.5～2.5。

3.如權(quán)利要求2所述復(fù)合鋁箔集流體，其特征在于，所述第一功能層的厚度為2～3μm。

4.如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述復(fù)合鋁箔集流體，其特征在于，所述復(fù)合鋁箔集流體的厚度為12～16μm。

5.一種如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

6.如權(quán)利要求5所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，在所述s2中，形成所述第一功能層的穩(wěn)弧源和聚焦源電流為3～5a。

7.如權(quán)利要求5或6所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，在所述s2中，所述磁控濺射沉積處理中形成所述第一功能層的沉積時(shí)間為5～8分鐘。

8.如權(quán)利要求5所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，在所述s3中，所述磁控濺射沉積處理中形成所述第二功能層的穩(wěn)弧源和聚焦源電流為4.5～5.5a。

9.如權(quán)利要求5或8所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，在所述s3中，所述磁控濺射沉積處理中形成所述第二功能層的沉積時(shí)間為55～65分鐘。

10.如權(quán)利要求5所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法，其特征在于，在所述s2～s3中，形成所述第一功能層與所述第二功能層的基底偏壓為145～155v。

11.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權(quán)利要求1～4任一項(xiàng)所述復(fù)合鋁箔集流體或如權(quán)利要求5～10任一項(xiàng)所述復(fù)合鋁箔集流體的制備方法制得的所述復(fù)合鋁箔集流體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種復(fù)合鋁箔集流體及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合鋁箔集流體包括依次層疊設(shè)置的鋁箔、第一功能層、第二功能層；第一功能層包括鋁元素，第二功能層包括碳元素。在本發(fā)明中，通過在鋁箔表面設(shè)置第一功能層，能夠增加集流體的偏壓，進(jìn)而增加碳元素的滲入溶出效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)增加第二功能層的導(dǎo)電性。由此本發(fā)明所提供的集流體更加便于帶電碳離子在集流體表面進(jìn)行高效的吸附、結(jié)合、成膜，形成高致密性的碳層結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：付怡,魏成卓,魏海濤,譚明勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北億緯動(dòng)力有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21