CN106848323A - 箔材/碳复合多孔集流体、正负极片及锂电池的制备方法 - Google Patents

箔材/碳复合多孔集流体、正负极片及锂电池的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1‑10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。本发明还包括一种箔材/碳复合多孔集流体正负极片及锂电池的制备方法。

Description

箔材/碳复合多孔集流体、正负极片及锂电池的制备方法
【技术领域】
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池。
【背景技术】
目前新兴的电动运输系统、电力储能系统要求电池有更高的能量密度和更好的循环寿命，同时要求低成本且具有良好的安全性。而锂电池因具有能量密度大、循环性能好、重量轻等众多优点，能满足当前的要求。常用的锂电池正极集流体和负极集流体分别是铝箔和铜箔，在电池极片制作中通过涂覆含有活性物质、导电剂、粘结剂、分散剂等混合浆料到集流体箔材上。但常规电池使用的箔材存在与活性材料层间接触不牢的问题，进而导致接触电阻过大等问题。为解决此问题，目前是在箔材表面涂覆一层导电碳层来降低接触电阻，但此导电碳层与箔材之间仍然是靠粘结剂结合来实现，结合力不足的问题依然存在。而离子注入是一种材料表面改性技术，可将所需的元素离子通过离子束入射到待改性的材料中，起到优化材料表面性能的作用。此外，采用纯铜箔或铝箔作为极片，表面密度较大，质量占比较重，降低了锂电池能量的密度；且极片单向的接触面仅有一个平面，与活性材料接触面积较小，容易造成厚度层面的极化。
鉴于以上所述，实有必要提供一种新型的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池来克服以上缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池，通过离子注入法，将碳离子注入到多孔箔材集流体的表面，起到表面改性作用，有利于提升多孔箔材集流体的结合力，并减少碳层与多孔箔材集流体的电阻。另外，应用本发明的箔材/碳复合多孔集流体制备的锂电池，因多孔箔材集流体的立体孔隙结构，可降低多孔箔材集流体在锂电池中的重量占比，并提高多孔箔材集流体与正负极活性材料的接触面积，进一步提升电化学性能。
为了实现上述目的，本发明提供一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，包括如下步骤：
S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；
S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。
具体的，步骤S11中所述多孔箔材集流体的厚度为：8～18μm，孔隙率为：10％～50％，所述多孔箔材集体为泡沫铝或者泡沫铜。
具体的，步骤S11具体为分别用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或多种及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔箔材集流体的表面的油污，然后将所述箔材集流体在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分钟。
具体的，步骤S12中所述的惰性气体为氩气、氮气的一种或多种。
一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S21去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S22离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S23将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。
一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S31去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S32离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S33将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。
一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：
S41去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S42离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S43将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片；
S44去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S45离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S46将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片；
S47：将所述正极极片及所述负极极片与隔膜按正极极片、隔膜及负极极片的顺序层叠卷绕成电芯，再将电芯放入密闭壳体中，并加注电解液于密闭壳体内，最后对密闭壳体进行密封。
具体的，所述电解液的溶质为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯中的一种或多种；所述电解液的锂盐浓度为0.9～1.2mol/L。
具体的，所述隔膜的厚度为12μm-20μm，包括无涂层的基膜或双面涂覆2μm-3μm的陶瓷层的涂覆膜，所述基膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯或三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的结构。
具体的，所述正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂中的一种，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述负极活性材料人造石墨、天然石墨或复合型石墨中的一种；所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管的一种或多种；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物；所述正极活性材料与负极活性材料的容量的比值为1.05～1.15:1。
与现有技术相比，本发明提供的一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池，通过离子注入法，将碳离子注入到多孔箔材集流体的表面，起到表面改性作用，有利于提升多孔箔材集流体的结合力，并减少碳层与多孔箔材集流体的电阻。另外，应用本发明的箔材/碳复合多孔集流体制备的锂电池，因多孔箔材集流体的立体孔隙结构，可降低多孔箔材集流体在锂电池中的重量占比，并提高多孔箔材集流体与正负极活性材料的接触面积，进一步提升电化学性能。
【附图说明】
图1为箔材/碳复合多孔集流体的制备方法的流程示意图。
图2为正极极片的制备方法的流程示意图。
图3为负极极片的制备方法的流程示意图。
图4为锂电池的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
本发明提供一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，包括如下步骤：
S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；
S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。
具体的，步骤S11中所述多孔箔材集流体的厚度为：8～18μm，孔隙率为：10％～50％，所述多孔箔材集体为泡沫铝或者泡沫铜。
具体的，步骤S11具体为分别用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或多种及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔箔材集流体的表面的油污，然后将所述箔材集流体在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分钟。
具体的，步骤S12中所述的惰性气体为氩气、氮气的一种或多种。
一种正极极片的制备方法，包括以下步骤：
S21去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S22离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S23将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。
一种负极极片的制备方法，包括以下步骤：
S31去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S32离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S33将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。
一种锂电池的制备方法，包括以下步骤：
S41去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S42离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S43将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片；
S44去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S45离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S46将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片；
S47：将所述正极极片及所述负极极片与隔膜按正极极片、隔膜及负极极片的顺序层叠卷绕成电芯，再将电芯放入密闭壳体中，并加注电解液于密闭壳体内，最后对密闭壳体进行密封。
具体的，所述电解液的溶质为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯中的一种或多种；所述电解液的锂盐浓度为0.9～1.2mol/L。
具体的，所述隔膜的厚度为12μm-20μm，包括无涂层的基膜或双面涂覆2μm-3μm的陶瓷层的涂覆膜，所述基膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯或三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的结构。
具体的，所述正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂中的一种，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述负极活性材料人造石墨、天然石墨或复合型石墨中的一种；所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管的一种或多种；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物；所述正极活性材料与负极活性材料的容量的比值为1.05～1.15:1。
实施例：
实施例1：
①去污干燥：将15μm多孔铝箔集流体(孔隙率10％)和8μm多孔铜箔集流体(孔隙率10％)分别用乙醇、丙酮及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体表面的油污，然后将所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体在100℃的真空干燥箱中干燥60分钟。
②离子注入：先将干燥后的多孔铝箔集流体和铜箔集流体置入离子注入装置中，密封后通入氮气中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素分别注入到所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体的一面；其中，离子注入量为：1.0×1016ion/cm2，注入时间为：10分钟，注入能量为：8keV，以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体和铜箔/碳复合多孔集流体。
③正极极片的制备：先将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比94:3:3混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。在本实施方式中，所述正极活性材料为：磷酸铁锂；所述导电剂为：导电碳黑与多壁碳纳米管的混合物；所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
④负极极片的制备：先将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比95:3:2混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。在本实施方式中，所述负极活性材料为：人造石墨；所述导电剂为：导电碳黑和石墨的混合物；所述粘结剂为：羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物。
⑤将实施例1制备的正极极片及负极极片与隔膜按照正极片/隔膜/负极片的次序依次层叠后卷绕成电芯，并置于密闭壳体中，然后注电解液于密闭壳体内；最后封口后制成锂电池。在本实施方式中，所述负极活性材料的容量与正极活性材料的容量的比值为1.1:1；所述电解液的溶质为：1mol/L的六氟磷酸锂，所述电解液的溶剂为：碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸丙酯的质量比为3:3:1.5:1的混合溶剂，并向混合溶剂中添加2％的碳酸亚乙烯酯的溶液。
实施例2：
①去污干燥：将15μm多孔铝箔集流体(孔隙率20％)和8μm多孔铜箔集
流体(孔隙率20％)分别用乙醇、丙酮及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体表面的油污，然后将所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体在100℃的真空干燥箱中干燥60分钟。
②离子注入：将干燥后的多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体置入离子注入装置中，密封后通入氮气中，然后利用高速离子注入的方法将碳元素注入到所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体的一面；其中，离子注入量为：8.0×1015ion/cm2，注入时间为：10分钟，注入能量为：7keV，以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后即得到铝箔/碳复合多孔集流体和铜箔/碳复合多孔集流体。
③正极极片的制备：先将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比94:3:3混合分散成均匀的正极材料，然后将正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。在本实施方式中，所述正极活性材料为：磷酸铁锂；所述导电剂为：导电碳黑和多壁碳纳米管的混合物；所述粘结剂为：聚偏氟乙烯。
④负极极片的制备：先将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比95:3:2混合分散成均匀的负极材料，然后将负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。在本实施方式中，所述负极活性材料为：人造石墨；所述导电剂为：导电碳黑和导电石墨的混合物；所述粘结剂为：羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物。
⑤将实施例2中制备的正极极片和负极极片与隔膜按照正极片/隔膜/负极片的次序依次层叠后卷绕成电芯，并置于密闭壳体中，然后注电解液于密闭壳体中，最后封口后制成锂电池。在本实施方式中，所述负极活性材料与正极活性材料的比值为1.1:1；所述电解液的溶质为：1mol/L的六氟磷酸锂，所述电解液的溶剂为：碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸丙酯的质量比为3：3：1.5：1的混合溶剂，并向混合溶剂中添加2％的碳酸亚乙烯酯的溶液。
实施例3：
①去污干燥：先将15μm多孔铝箔集流体(孔隙率30％)和8μm多孔铜箔集流体(孔隙率30％)分别用乙醇、丙酮及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体的表面的油污，然后将所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体在100℃的真空干燥箱中干燥60分钟。
②离子注入：先将干燥后的多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流体置入离子注入装置中，密封后通入氮气中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素分别注入到所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流的一面；其中，离子注入量为：1.0×1015ion/cm2，注入时间为：10分钟，注入能量为：5keV，以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔铝箔集流体和多孔铜箔集流的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后即得到铝箔/碳复合多孔集流体和铜箔/碳复合多孔集流体。
③正极极片的制备：先将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比94:3:3混合分散成均匀的正极材料，然后将正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。在本实施方式中，所述正极活性材料为：磷酸铁锂；所述导电剂为：导电碳黑和多壁碳纳米管的混合物；所述粘结剂为：聚偏氟乙烯。
④负极极片的制备：先将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比95:3:2混合分散成均匀的负极材料，然后在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。在本实施方式中，所述负极活性材料为：人造石墨；所述导电剂为：导电碳黑和导电石墨的混合物；所述粘结剂为：羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物。
⑤将实施例3制备的正极极片和负极极片与隔膜按照正极片/隔膜/负极片的次序依次层叠后卷绕成电芯并置于密闭壳体中，然后注电解液于密闭壳体中，最后封口后制成锂电池。在本实施方式中，所述负极活性材料与正极活性材料的比值为：1.1：1，所述电解液的溶质为：1mol/L的六氟磷酸锂，所述电解液的溶剂为：碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸丙酯的质量比为3：3：1.5：1的混合溶剂，并向混合溶剂中添加2％的碳酸亚乙烯酯的溶液。
对比例：
①锂电池集流体，正极采用15μm双光铝箔集流体，负极采用8μm双光铜箔集流体，表面涂覆有约0.8μm-1μm的导电碳层；
②正极极片的制备：将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比94：3：3混合分散成均匀的正极材料，然后在所述双光铝箔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。在本实施方式中，所述正极活性材料为：磷酸铁锂；所述导电剂为：导电碳黑和多壁碳纳米管的混合物；所述粘结剂为：聚偏氟乙烯。
③负极极片的制备：将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比95：3：2混合分散成均匀的负极材料，然后在所述双光铜箔集流体上进行双面涂覆，经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。在本实施方式中，所述负极活性材料为：人造石墨；所述导电剂为：导电碳黑和导电石墨的混合物；所述粘结剂为：羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物。
④将对比例中制备的正极极片和负极极片与隔膜按照正极片/隔膜/负极片的次序依次层叠后卷绕成电芯并置于密闭壳体中，然后注电解液于密闭壳体中，最后封口后制成锂电池。在本实施方式中，所述负极活性材料合正极活性材料的比值为1.1：1，所述电解液的溶质为：1mol/L的六氟磷酸锂，所述电解液的溶剂为：碳酸乙烯酯：碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸丙酯的质量比为3：3：1.5：1混合溶剂，并向混合溶剂中添加2％的碳酸亚乙烯酯的溶液。
应用本发明所制备的箔材/碳复合多孔集流体的锂电池的性能如下表1，其中，实施例1-实施例3均为采用本发明的箔材/碳复合多孔集流体制备的锂电池，对比例采用涂覆有导电碳层的双光箔材集流体制备的锂电池。
表1
由表1可知，实施例1-实施例3的锂电池的初始容量均高于对比例的锂电池的初始容量，且实施例1-实施例3的锂电池的内阻低于对比例的锂电池的内阻。另外，实施例1-实施例3的锂电池的循环容量保持率均高于对比例的锂电池的容量保持率，且实施例2电池在1C电流下循环1000周容量保持率可达95.8％。
综上所述，本发明提供的一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法及锂电池，通过离子注入法，将碳离子注入到多孔箔材集流体的表面，起到表面改性作用，有利于提升多孔箔材集流体的结合力，并减少碳层与多孔箔材集流体的电阻。另外，应用本发明的箔材/碳复合多孔集流体制备的锂电池，因多孔箔材集流体的立体孔隙结构，可降低多孔箔材集流体在锂电池中的重量占比，并提高多孔箔材集流体与正负极活性材料的接触面积，进一步提升电化学性能。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S11去污干燥：将多孔箔材集流体去除油污并干燥；
S12离子注入：先将干燥后的多孔箔材集流体置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述多孔箔材集流体的一面；其中，所述复合多孔集流体的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述多孔箔材集流体的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到箔材/碳复合多孔集流体。
2.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S11中所述多孔箔材集流体的厚度为：8～18μm，孔隙率为：10％～50％，所述多孔箔材集体为泡沫铝或者泡沫铜。
3.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S11具体为分别用甲醇、乙醇、丙酮、异丙醇中的一种或多种及去离子水在超声波清洗仪中去除所述多孔箔材集流体的表面的油污，然后将所述箔材集流体在60℃～100℃的真空干燥箱中干燥35～60分钟。
4.根据权利要求1所述的箔材/碳复合多孔集流体的制备方法，其特征在于：步骤S12中所述的惰性气体为氩气、氮气的一种或多种。
5.一种正极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S21去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S22离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S23将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片。
6.一种负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S31去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S32离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S33将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片。
7.一种锂电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S41去污干燥：将泡沫铝去除油污并干燥；
S42离子注入：先将干燥后的泡沫铝置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铝的一面；其中，所述泡沫铝的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铝的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铝箔/碳复合多孔集流体；
S43将正极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比92～96:2～4:2～4混合分散成均匀的正极材料，然后将所述正极材料在所述铝箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得正极极片；
S44去污干燥：将泡沫铜去除油污并干燥；
S45离子注入：先将干燥后的泡沫铜置入离子注入装置中，密封后通入惰性气体中，然后利用高速离子注入的方法，将碳元素注入到所述泡沫铜的一面；其中，所述泡沫铜的离子注入量为0.5×1014～1.5×1018ion/cm2，注入时间为1～20分钟，注入能量为1-10keV；以相同的参数重复一次本步骤，在所述泡沫铜的另一面注入等量的碳元素，经清洗烘干后得到铜箔/碳复合多孔集流体；
S46将负极活性材料、粘结剂、导电剂按质量比90～96:2～4:2～6混合分散成均匀的负极材料，然后将所述负极材料在所述铜箔/碳复合多孔集流体上进行双面涂覆，最后经过干燥、对辊、裁片处理后制得负极极片；
S47：将所述正极极片及所述负极极片与隔膜按正极极片、隔膜及负极极片的顺序层叠卷绕成电芯，再将电芯放入密闭壳体中，并加注电解液于密闭壳体内，最后对密闭壳体进行密封。
8.根据权利要求7所述的锂电池的制备方法，其特征在于：所述电解液的溶质为六氟磷酸锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；所述电解液的溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、乙酸丙酯、乙酸乙酯中的一种或多种；所述电解液的锂盐浓度为0.9～1.2mol/L。
9.根据权利要求7所述的锂电池的制备方法，其特征在于：所述隔膜的厚度为12μm-20μm，包括无涂层的基膜或双面涂覆2μm-3μm的陶瓷层的涂覆膜，所述基膜为单层聚乙烯、单层聚丙烯、三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯或三层聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的结构。
10.根据权利要求7所述的锂电池的制备方法，其特征在于：所述正极活性材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂或镍钴锰酸锂中的一种，所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种，所述粘结剂为聚偏氟乙烯；所述负极活性材料人造石墨、天然石墨或复合型石墨中的一种；所述导电剂为导电碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管的一种或多种；所述粘结剂为羧甲基纤维素钠盐和丁苯橡胶的混合物；所述正极活性材料与负极活性材料的容量的比值为1.05～1.15:1。
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