CN103840168B - 用两段法和磷酸—氟—重铬酸盐改性正极铝箔集流体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用两段法和磷酸—氟—重铬酸盐改性正极铝箔集流体的方法，其特征在于：将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃～78℃温度区间处理1min～30min,然后用水冲洗干净，最后自然干燥或用70℃～180℃温度区间的热空气干燥，制得含转化膜的铝箔集流体。制备的铝箔集流体在电池或超级电容器中使用时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
Description
技术领域
本发明属于电池电极制备的技术领域，具体涉及一种可用于锂电池、锂离子电池、聚合物电池和超级电容器的含有转化膜的正极铝箔集流体。
技术背景
锂离子电池具有电池电压高、能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、自放电低等优点，正极材料的性能对锂离子电池的性能起着决定的作用。目前，锂离子电池主要由有机电解液（聚合物电解质）、隔膜、正极、负极、集流体等部件组成。由于锂离子电池使用的液态有机电解液(或聚合物电解质)的导电能力较弱，为了实现锂离子电池的大电流充放电性能，锂离子电池的正极材料和负极材料一般都加工成粉末状，再将正极材料的粉末或负极材料的粉末用粘合剂等粘结在集流体上，实现电流的收集。因此，对于锂离子电池来说，集流体的表面状况、集流体与正极材料和负极材料间的接触阻抗、集流体在充放电过程中表面状况变化情况对电池的性能有很大的影响。例如，充电时，锂离子电池的正极铝箔集流体容易发生钝化而增大电极的极化，使电池的充放电性能明显下降；锂离子电池的正极铝箔集流体与正极材料间粘接不牢固而出现掉粉的现象，影响电池的充放电性能和电池的安全性。
锂离子电池的正极材料的粉末与铝箔集流体粘结时，粘结部分是由被粘铝箔、粘胶剂和石墨导电剂等部分组成。其中每一部分都影响粘结性能。目前，对被粘结铝箔表面进行处理的研究较少，主要通过在锂离子电池正极的铝箔集流体上预先涂覆石墨烯或碳粉等改善铝箔的性能，以实现以下作用。如，抑制电池极化，减少热效应，提高倍率性能、降低电池内阻，明显降低循环过程的动态内阻增幅；提高电池的一致性，增加电池的循环寿命；提高活性物质与集流体的粘附力，降低极片制造成本；保护集流体不被电解液腐蚀；提高磷酸铁锂电池的高温和低温性能，改善磷酸铁锂、钛酸锂材料的加工性能。不过，上述预先在铝箔集流体上涂覆石墨烯、碳粉等方法对于改善正极铝箔集流体性能的作用有限，且制备工艺复杂、成本高，为此本发明采用简单的表面处理的方法改善锂离子电池正极铝箔集流体的表面性能，减少锂离子电池正极铝箔集流体与正极材料间的阻抗、减少正极的掉粉现象。
发明内容
为避免现有技术的不足，本发明采用简单的表面处理的方法改善锂离子电池正极铝箔集流体的表面性能，减小锂离子电池正极铝箔集流体与正极材料间阻抗、减少正极掉粉现象、改善电池的一致性，使样品的大电流放电性能明显改善。为实现本发明所采用的技术方案是:
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃～78℃温度区间处理1min～30min,用水冲洗干净，最后自然干燥或用70℃～180℃温度区间的热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠10g/L～19g/L，氟化钠2g/L～10g/L，重铬酸钾3g/L～6g/L，浓盐酸2g/L～6g/L。
所述的浓盐酸的浓度在36w.t.%～37w.t.%范围内。
在处理液中，盐酸与铝表面发生反应，生成的氯化铝会与重铬酸钾反应生成多孔性的表面膜。在处理液中的氟离子进入多孔膜中，在干燥过程中会被被固定住，同时，磷酸离子也同时对铝的表面性能起着改善的作用。含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。实施例仅是对本发明的进一步补充和说明，而不是对发明的限制。
实施例1
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在51℃处理5min,用水冲洗干净，自然干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠15g/L，氟化钠6g/L，重铬酸钾5g/L，36w.t.%浓盐酸4g/L。
所制备的含转化膜的正极铝箔集流体对折180°后回复至原来状态记为180°,再折180°记为360°，依此类推。试验表明，制备的含转化膜的铝箔连续折5800°，不会折断。将3g聚偏氟乙烯树脂溶于29ml二甲基乙酰胺制备粘胶。将该粘胶涂覆在含转化膜的铝箔上，经过180℃加热处理10min后的剥离强度达到0.0731N/mm2以上。在含转化膜的铝箔上涂覆磷酸铁锂样品，在2C倍率电流下充放电时，首次循环的放电容量高于130mAh/g。而在未经过改性膜处理的铝箔上涂覆磷酸铁锂样品，在相同电流下，首次循环的放电容量只能达到108mAh/g。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例2
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在78℃处理30min,再用水冲洗干净，最后用180℃的热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠19g/L，氟化钠10g/L，重铬酸钾6g/L，37w.t.%浓盐酸6g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例3
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃处理1min,再用水冲洗干净，最后用70℃热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠10g/L，氟化钠2g/L，重铬酸钾3g/L，37w.t.%浓盐酸2g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例4
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在75℃处理1min,再用水冲洗干净，最后用100℃的热空气干燥，制得制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠10g/L，氟化钠10g/L，重铬酸钾6g/L，36w.t.%浓盐酸6g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例5
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃处理30min,再用水冲洗干净，最后用180℃热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠19g/L，氟化钠2g/L，重铬酸钾3g/L，37w.t.%浓盐酸2g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例6
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在73℃处理25min,再用水冲洗干净，最后自然干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠12g/L，氟化钠5g/L，重铬酸钾3g/L，36w.t.%浓盐酸2g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
实施例7
将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min。所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L。
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃处理1min,再用水冲洗干净，最后用70℃热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体。
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠10g/L，氟化钠10g/L，重铬酸钾3g/L，36w.t.%浓盐酸3g/L。
含转化膜的正极铝箔集流体作为锂离子电池的正极集流体时，具有耐折性好、与正极材料的粘结力强、阻抗小、充放电性能优异等优点。
Claims (3)
1.用两段法和磷酸—氟—重铬酸盐改性正极铝箔集流体的方法，其特征在于：将铝箔分别通过除油步骤和转化膜制备步骤制得含转化膜的正极铝箔集流体；
所述的除油步骤是将铝箔置于28℃下，在除油溶液中处理0.5min；
所述的除油溶液的组成是：NaOH20g/L，Na3PO4·12H2O40g/L，Na2CO315g/L，Na2SiO3·9H2O8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚5g/L；
所述的转化膜制备步骤是将经过除油步骤处理的铝箔置于处理液中，在35℃～78℃温度区间处理1min～30min,用水冲洗干净，最后自然干燥或用70℃～180℃温度区间的热空气干燥，制得含转化膜的正极铝箔集流体；
所述的处理液的组成如下：磷酸二氢钠10g/L～19g/L，氟化钠2g/L～10g/L，重铬酸钾3g/L～6g/L，浓盐酸2g/L～6g/L。
2.根据权利要求1所述的用两段法和磷酸—氟—重铬酸盐改性正极铝箔集流体的方法，其特征在于所述的浓盐酸的浓度在36wt%～37wt%范围内。
3.根据权利要求1所述的用两段法和磷酸—氟—重铬酸盐改性正极铝箔集流体的方法，其特征在于所述的含转化膜的正极铝箔集流体用于锂电池、锂离子电池或超级电容器中。
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