CN109065833B - 一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：将多孔集流体置于含硫酸铜的硫酸溶液中，然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线，接着取出洗净，烘烤得到预处理物料；在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，干燥得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。采用表面电沉积修饰后的多孔集流体可以有效提高抗拉强度，降低硅碳复合浆料在多孔集流体表面涂覆漏料问题，并有效容纳硅碳在充放电过程中的面内膨胀力，降低硅碳膨胀导致与集流体的脱离，大大提高硅碳复合材料的循环性能。

Description

一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法。
背景技术
随着锂电池逐步向高能量密度、高循环寿命等方向的发展，具有很高比容量的硅基负极逐渐被人们所重视。然而硅基负极高达300％的膨胀率导致硅基负极与集流体在充电过程中直接脱离，造成电池内阻的增加和循环性能的衰减；且锂电池负极采用的负极集流体面密度高，重量占比大进一步影响电池的能量密度。因此人们通过硅合金与石墨混合的方式，在提高克容量的同时降低硅碳复合材料的膨胀率，并且通过多孔箔材来降低辅材占比，从而提高能量密度。而多孔箔材的孔径较小时无法容纳硅碳复合材料的面内膨胀；孔径较大时，多孔箔材的抗拉伸强度变差，且在涂覆过程中容易出现漏料问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，提高大孔径集流体的抗拉伸强度，并一定程度上降低孔径，从而容纳硅碳复合材料的面内膨胀，降低纵向膨胀，提高电池能量密度及循环性能。
本发明提出的一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：
S1、将多孔集流体置于含硫酸铜的硫酸溶液中，然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线，接着取出洗净，烘烤得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，干燥得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。
优选地，S1中，多孔集流体为穿孔铜箔，其厚度为7-20μm，孔隙率为30-70％。
优选地，S1中，穿孔铜箔的孔隙呈多边形，孔隙中含有锐角，孔隙的径向宽度为10-300μm。
优选地，S1含硫酸铜的硫酸溶液中，硫酸铜浓度为0.005-0.5mol/L，硫酸浓度为0.2-2mol/L。
优选地，S1中，脉冲电流的电流密度为10-2000A/㎡，重复施加500-4000次，每次施加时间为1-500ms。
优选地，S1中，施加脉冲电流的具体操作如下：取面密度相同的铜箔与多孔集流体平行置于含硫酸铜的硫酸溶液中，在多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为10-2000A/㎡，重复施加500-4000次，每次施加时间为1-500ms。
优选地，S1中，采用去离子水洗净。
优选地，S1中，烘烤的具体操作如下：氮气流中，50-100℃烘烤至表面无水分残留。
优选地，S2中，碳复合材料涂覆面密度为40-150g/㎡。
优选地，S2中，干燥方式为真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为90-120℃。
本发明通过在多边行孔并带有尖角的多孔集流体表面施加重复脉冲电流，通过电化学沉积作用在多孔铜箔的孔内部形成具有一定抗拉强度的微米铜线，通过微米铜线的作用使硅碳复合材料可以很好的涂覆在多孔铜箔表面，并且可以容纳硅在箔材孔内的膨胀，提高双面硅碳复合材料的粘结性能，有效降低硅碳复合材料由于膨胀导致与集流体的脱离效果，从而大大提高全电池的循环性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：
S1、将穿孔铜箔置于含浓度为0.5mol/L为硫酸铜的硫酸溶液中，穿孔铜箔的厚度为15μm，穿孔铜箔的孔隙率为60％，穿孔铜箔孔隙的径向宽度为210μm，硫酸浓度为0.2mol/L；然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为600A/㎡，重复施加2500次，每次施加时间为450ms，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线；接着取出，去离子水洗净，氮气流中60℃烘烤至表面无水分残留，得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，碳复合材料涂覆面密度为120g/㎡，真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为120℃，得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。
实施例2
一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：
S1、将穿孔铜箔置于含浓度为0.2mol/L为硫酸铜的硫酸溶液中，穿孔铜箔的厚度为12μm，穿孔铜箔的孔隙率为50％，穿孔铜箔孔隙的径向宽度为180μm，硫酸浓度为0.5mol/L；然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为400A/㎡，重复施加1200次，每次施加时间为300ms，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线；接着取出，去离子水洗净，氮气流中65℃烘烤至表面无水分残留，得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，碳复合材料涂覆面密度为100g/㎡，真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为110℃，得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。
实施例3
一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：
S1、将穿孔铜箔置于含浓度为0.5mol/L为硫酸铜的硫酸溶液中，穿孔铜箔的厚度为10μm，穿孔铜箔的孔隙率为40％，穿孔铜箔孔隙的径向宽度为150μm，硫酸浓度为0.5mol/L；然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为300A/㎡，重复施加800次，每次施加时间为220ms，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线；接着取出，去离子水洗净，氮气流中70℃烘烤至表面无水分残留，得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，碳复合材料涂覆面密度为40-150g/㎡，真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为100℃，得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。
实施例4
一种锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体表面处理方法，包括以下步骤：
S1、将穿孔铜箔置于含浓度为0.1mol/L为硫酸铜的硫酸溶液中，穿孔铜箔的厚度为9μm，穿孔铜箔的孔隙率为37％，穿孔铜箔孔隙的径向宽度为80μm，硫酸浓度为0.5mol/L；然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为100A/㎡，重复施加1300次，每次施加时间为100ms，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线；接着取出，去离子水洗净，氮气流中80℃烘烤至表面无水分残留，得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合负极，碳复合材料涂覆面密度为45g/㎡，真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为90℃，得到锂电池硅碳复合负极片的多孔集流体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种锂电池硅碳复合负极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将多孔集流体置于含硫酸铜的硫酸溶液中，然后向浸泡在溶液的多孔集流体表面施加脉冲电流，在多孔集流体的孔隙中通过电沉积形成微米铜线，接着取出洗净，烘烤得到预处理物料；
S2、在预处理物料表面涂覆硅碳复合材料，干燥得到锂电池硅碳复合负极片；
其中，S1中，多孔集流体为穿孔铜箔，其厚度为7-20μm，孔隙率为30-70%；
其中，S1中，穿孔铜箔的孔隙呈多边形，孔隙中含有锐角，孔隙的径向宽度为10-300μm；
其中，S1含硫酸铜的硫酸溶液中，硫酸铜浓度为0.005-0.5mol/L，硫酸浓度为0.2-2mol/L；
其中，S1中，施加脉冲电流的具体操作如下：取面密度相同的铜箔与多孔集流体平行置于含硫酸铜的硫酸溶液中，在多孔集流体表面施加脉冲电流，脉冲电流的电流密度为10-2000A/㎡，重复施加500-4000次，每次施加时间为1-500ms。
2.根据权利要求1所述锂电池硅碳复合负极片的制备方法，其特征在于，S1中，采用去离子水洗净。
3.根据权利要求1所述锂电池硅碳复合负极片的制备方法，其特征在于，S1中，烘烤的具体操作如下：氮气流中，50-100℃烘烤至表面无水分残留。
4.根据权利要求1所述锂电池硅碳复合负极片的制备方法，其特征在于，S2中，硅碳复合材料涂覆面密度为40-150g/㎡。
5.根据权利要求1所述锂电池硅碳复合负极片的制备方法，其特征在于，S2中，干燥方式为真空干燥，真空度≤-99kPa，干燥温度为90-120℃。
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