CN105895926A - 一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔 - Google Patents

一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔。该微孔铝箔制备方法包括如下步骤：(1)将5g‑300g的反应物和分散剂共同加入到1L溶剂中混合均匀，使用研磨设备精细研磨30‑1440min，分散得浆料，过筛，备用；(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um－50um的铝箔上，涂层厚度控制1‑50um，对涂层干燥处理5‑60min；(3)采用清洗剂清洗步骤(2)中铝箔上的涂层即得。该方法制得的微孔铝箔表面微孔大小在微米尺度且分布均匀，避免了导电性能不均衡和影响铝箔机械性能；可有效增加铝箔表面粗糙度和接触面积，大大改善电子导电性，而微孔的存在也增加了活性材料接触通道，改善了离子导电性能。

Description

一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔
(一)技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔。
(二)背景技术
近年来，受全球气候和人类生存环境恶化及能源危机的影响，人们对能量储存技术的兴趣日益增加。电池已被普遍用作移动电话、小型可携式摄像机、笔记本电脑、PC、电动工具和电动汽车的能源。特别是电动汽车，目前已成为减少温室气体排放，解决汽车能源问题的热点，因此，电动汽车所使用的新能源电池，尤其是动力电池，在全球各国的研究和开发也越来越深入和广泛。
由于锂二次电池具有比水溶液电解液的常规电池(如Mi-MH电池)高的驱动电压和能量密度，因此许多制造公司在商业上制造它们。但是，大多数锂二次电池的在高功率使用工况下，性能下降严重，制约了锂二次电池在动力电池上的推广。
动力电池的高功率使用环境需要电池具有更加良好的电子导通性能和离子导通性能，需要更多的电子通道和离子通道。由于铝箔本身表面光洁度较高，而活性物质主要通过聚四氟乙烯和丁苯橡胶等高分子胶进行粘附，粘附强度较差，而过高的高分子胶含量则又会带来较高的阻抗，影响其导电性能。传统工艺对铝箔进行毛化处理，提高其表面的粗糙度，已改善其粘附性，但改善效果有限，且对离子导电性无改善，制约了动力锂离子电池的高功率应用。
为了改善动力锂离子铝箔的导电性能，目前广泛采用的方法是对铝箔进行底涂，在铝箔表面涂覆一层导电碳黑。但这种方法对电子导电性改善不明显，对离子导电性无改善。具有微孔的铝箔可增加导电性，现有采用物理方式对铝箔进行打孔处理的工艺，一方面只能制备出毫米尺度的通孔，导致铝箔机械强度明显下降；另一方面在打孔过程中会产生许多金属毛刺，带来严重的安全隐患。
(三)发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种微孔铝箔的制备方法及由该方法制得的微孔铝箔。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种微孔铝箔的制备方法，包括如下步骤：
(1)将5g-300g的反应物和分散剂共同加入到1L溶剂中混合均匀，使用研磨设备精细研磨30-1440min，分散得浆料，过50-500目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um-50um的铝箔上，涂层厚度控制1-50um，对涂层干燥处理5-60min；
(3)采用清洗剂清洗步骤(2)中铝箔上的涂层，即得洁净的微孔铝箔；
步骤(1)所述反应物为碳纳米管、碳黑、膨胀石墨、石墨烯的一种或几种。
步骤(1)所述分散剂为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种。
步骤(1)所述溶剂为去离子水；
步骤(3)所述清洗剂为水。
步骤(3)清洗剂的清洗方式采用超声清洗。
上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔微孔直径为1-1000um，孔隙率为1％-50％，透气度为10-1000s/100cc。
本发明的有益效果是：本发明微孔铝箔的制备方法，溶剂去离子水在浆料涂覆到铝箔上后能提供一种利于铝金属氧化的极性环境，在极性环境下，铝箔表面的致密氧化膜发生分解，氧化膜下面的金属铝暴露出来，金属铝性质非常活泼，和浆料中的反应物发生反应，生成Al3+，溶解在浆料中，铝箔则在反应物颗粒位置腐蚀出微孔，由于该制备方法保证了充分而合理的研磨时间，使得反应物颗粒大小不同，因此形成了微孔大小的差异；浆料中反应物的固含量，很好的控制了微孔分布密度。涂层干燥后，极性环境消失，反应停止，铝箔上的微孔不再继续扩大，使用清洗剂超声清洗掉铝箔表面的涂层后，便制备出符合要求的微孔铝箔。该微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，表面的微孔大小在微米尺度且分布均匀，避免了导电性能不均衡和影响铝箔机械性能；可以有效增加铝箔表面的粗糙度和接触面积，大大改善电子导电性，而微孔的存在也增加了活性材料的接触通道，显著改善离子导电性能。
(四)附图说明
图1为本发明制备方法制得的微孔铝箔在显微镜下的照片。
其中，1微孔铝箔，2微孔。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于此。
实施例1
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将21g碳纳米管、5g聚乙烯基吡咯烷酮加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨180min，分散得浆料，将浆料过100目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um的铝箔上，涂层厚度控制10um，对涂层干燥处理5min；
(3)采用清洗剂水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径0.5-5um，孔隙率5％，透气度850s/100cc。
实施例2
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将40g乙炔黑(炭黑)和5g聚乙烯基吡咯烷酮、15g聚天冬氨酸加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨60min，分散得浆料，将浆料过50目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度50um的铝箔上，涂层厚度控制5um，对涂层干燥处理60min；
(3)采用剂水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径50-300um，孔隙率为15％，透气度为350s/100cc。
实施例3
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将21g膨胀石墨、10g聚天冬氨酸加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨600min，分散得浆料，将浆料过300目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度27um的铝箔上，涂层厚度控制15um，对涂层干燥处理32min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径10-200um，孔隙率为12％，透气度为550s/100cc。
实施例4：
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将3g石墨和2g聚乙烯亚胺加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨30min，分散得浆料，将浆料过50目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um的铝箔上，涂层厚度控制1um，对涂层干燥处理5min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径10-200um，孔隙率为12％，透气度为550s/100cc。
实施例5
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将200g石墨烯和100g聚乙烯胺加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨1440min，分散得浆料，将浆料过500目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度50um的铝箔上，涂层厚度控制50um，对涂层干燥处理60min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径50-300um，孔隙率为15％，透气度为350s/100cc。
实施例6
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将65g碳纳米管、18g石墨和32g聚乙烯亚胺、30g聚乙烯基吡咯烷酮共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨735min，分散得浆料，将浆料过200目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度30um的铝箔上，涂层厚度控制25um，对涂层干燥处理32min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径0.5-5um，孔隙率5％，透气度850s/100cc。
实施例7
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将49g碳黑、28g膨胀石墨和15g聚乙烯亚胺、25g聚丙烯胺、16g纤维素共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨350min，分散得浆料，将浆料过100目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度27um的铝箔上，涂层厚度控制10um，对涂层干燥处理20min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径50-300um，孔隙率为15％，透气度为350s/100cc。
实施例8
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将86g膨胀石墨和5g聚乙烯亚胺、15g聚丙烯胺、20g聚乙烯醇共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨180min，分散得浆料，将浆料过50目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度25um的铝箔上，涂层厚度控制10um，对涂层干燥处理30min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径10-200um，孔隙率为12％，透气度为550s/100cc。
实施例9
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将21g膨胀石墨和10g聚(2-乙烯基吡啶)共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨600min，分散得浆料，将浆料过400目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度40um的铝箔上，涂层厚度控制15um，对涂层干燥处理40min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径0.5-5um，孔隙率5％，透气度850s/100cc。
实施例10
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将105g碳黑和10g聚(2-乙烯基吡啶)、30g烷醇酰胺、25g纤维素、5g淀粉共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨机研磨500min，分散得浆料，将浆料过200目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度45um的铝箔上，涂层厚度控制12um，对涂层干燥处理15min；
(3)采用水对步骤(2)干燥处理的涂层进行超声清洗，即得洁净的微孔铝箔。
由上述微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，使用CCD测量表征所得微孔铝箔的微孔直径50-300um，孔隙率为15％，透气度为350s/100cc。
实施例11
一种微孔铝箔的制备方法，采用如下步骤：
(1)将5g-300g的反应物和分散剂共同加入到1L去离子水中混合均匀，使用研磨设备精细研磨30-1440min，分散得浆料，过50-500目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um-50um的铝箔上，涂层厚度控制1-50um，对涂层干燥处理5-60min；
(3)采用去离子水清洗步骤(2)中铝箔上的涂层，即得洁净的微孔铝箔；
步骤(1)所述反应物为碳纳米管、碳黑、膨胀石墨、石墨烯的一种或几种的组合；
步骤(1)所述分散剂为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种的组合。

Claims (3)

1.一种微孔铝箔的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)将5g-300g的反应物和分散剂共同加入到1L溶剂中混合均匀，使用研磨设备精细研磨30-1440min，分散得浆料，过50-500目筛，备用；
(2)将步骤(1)制得的过筛浆料均匀涂覆在厚度5um-50um的铝箔上，涂层厚度控制1-50um，对涂层干燥处理5-60min；
(3)采用清洗剂清洗步骤(2)中铝箔上的涂层，即得洁净的微孔铝箔；
步骤(1)所述反应物为碳纳米管、碳黑、膨胀石墨、石墨烯的一种或几种；
步骤(1)所述分散剂为聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、聚丙烯胺、聚(2-乙烯基吡啶)、烷醇酰胺、烷基糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、聚乙烯醇、聚乙烯醇与聚乙酸乙烯酯、聚乙烯基吡咯烷酮、纤维素、淀粉、明胶、明胶衍生物、氨基酸聚合物、聚赖氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸酯、聚苯乙烯磺酸酯、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸与甲醛的缩合产物、萘磺酸酯、木质素磺酸盐、丙烯酸单体的共聚物、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段共聚醚或聚二烯丙基二甲基氯化铵的一种或多种；
步骤(1)所述溶剂为去离子水；
步骤(3)所述清洗剂为水。
2.根据权利要求1所述的微孔铝箔的制备方法，其特征是：步骤(3)清洗剂的清洗方式采用超声清洗。
3.一种根据权利要求1或2所述的微孔铝箔的制备方法制得的微孔铝箔，其特征是：微孔直径为1-1000um，孔隙率为1％-50％，透气度为10-1000s/100cc。
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