CN110581279A - 锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，步骤1，以惰性电极为阴极、铝箔为阳极，将所述铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解，之后，对直流电解后的铝箔进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材；步骤2，将所述铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240‑300℃，保温2‑4h，随所述真空热处理炉冷却至40‑80℃，空冷至室温；步骤3，将石墨烯、碳纳米管及导电炭黑、粘结剂、丁苯橡胶配置成浆料；步骤4，通过凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，获得锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。本发明能够改善材料加工制程能力，提升电池设计容量，提高电池能量密度。

Description

锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法。
背景技术
锂电池的正负极材料为铜箔、铝箔，目前最常用的锂电池正负极集流体材料的基材为双面光滑的铝箔、铜箔，或简单处理的毛面；其最重要的缺陷在于表面材料附着强度不高，易脱落，直接影响锂电池的使用寿命，同时，不能适应特殊状态(高温、低温)的使用环境。
多孔的金属材料目前受到了广泛的关注，这是因为其开孔结构非常适用于锂离子电池、燃料电池、超级电容器以及传感器等器件的电极材料，为其中发生的化学反应和物质传递提供相当大的表面积和通道。大多数这类三维多孔材料的制备均采用了模板辅助成型的方法。多孔状的集流体材料具有巨大的表面积，一方面能够承载更多的负极活性物质，从而增大电池的容量；另一方面可以为电极反应提供更大的反应界面来提升电池的功率；此外，多孔箔材在包浆覆盖时会形成两种结合面，一是包浆与箔材直接结合，二是包浆透过小孔与另一侧的包浆直接结合，在增强箔材与浆料的结合力同时，涂覆的活性材料总量显著增加，使电池的容量提高20-40％。
目前，各锂电池企业生产使用的材料微孔技术制备铝箔的物理性能差，大量微孔的聚集减少了材料的强度，物理性能差，造成铝箔表面的涂覆层易掉落、与铝箔的附和性差，使用过程中效果不明显。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，以惰性电极为阴极、铝箔为阳极，将所述铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解，之后，对直流电解后的铝箔进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材；
步骤2，将所述铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240-300℃，保温2-4h，随所述真空热处理炉冷却至40-80℃，空冷至室温；
步骤3，将石墨烯、碳纳米管及导电炭黑、粘结剂、丁苯橡胶配置成浆料；
步骤4，通过凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，获得锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。
上述方案中，所述步骤1中，所述惰性电极采用石墨平板。
上述方案中，所述步骤1中，电解槽内设有温度为30℃的盐酸和氯化钾的混合液，其中，所述盐酸浓度为1mol/L、所述氯化钾浓度为2mol/L；所述直流电解的电流密度为0.5A/cm2，时间为12min。
上述方案中，所述步骤1中，采用工业去离子水对直流电解后的铝箔进行清洗。
上述方案中，所述步骤3中，按照石墨烯0.1‰wt-0.4‰wt、碳纳米管0.1％-0.4％及导电炭黑3％-10％、粘结剂1％-2％、丁苯橡胶1％-2％配置成浆料。
上述方案中，所述碳纳米管采用表面积为800-1000m2/g，管径为1.0-2.0nm，管长为＞5μm的碳纳米管。
与现有技术相比，本发明能够改善材料加工制程能力，提升电池设计容量，提高电池能量密度。
附图说明
图1为本发明锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料横截面示意图；
图2为现有技术的LFP电极和涂炭铝箔的阻抗对比体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，以惰性电极为阴极、铝箔为阳极，将所述铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解，之后，对直流电解后的铝箔进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材；
具体地，所述步骤1中，所述惰性电极采用石墨平板，以市售的厚度为12um的电池级集流体用铝箔为原料。
电解槽内设有温度为30℃的盐酸和氯化钾的混合液，其中，所述盐酸浓度为1mol/L、所述氯化钾浓度为2mol/L；所述直流电解的电流密度为0.5A/cm2，时间为12min。
采用工业去离子水对直流电解后的铝箔进行清洗。
步骤2，将所述铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240-300℃，保温2-4h，随所述真空热处理炉冷却至40-80℃，空冷至室温；
步骤3，将石墨烯、碳纳米管及导电炭黑、粘结剂、丁苯橡胶配置成浆料；
具体地，按照石墨烯0.1‰wt-0.4‰wt、碳纳米管0.1％-0.4％及导电炭黑3％-10％、粘结剂1％-2％、丁苯橡胶1％-2％配置成浆料。
所述碳纳米管采用表面积为800-1000m2/g，管径为1.0-2.0nm，管长为＞5μm的碳纳米管。
步骤4，通过凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，获得锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。
实施例1：
本发明实施例1提供一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
(1)以惰性电极为阴极、铝箔为阳极，将铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解。所述惰性石墨阴极为石墨平板，电解槽内设有温度为30℃的盐酸和氯化钾的混合液，其中所述盐酸浓度为1mol/L、所述氯化钾浓度为2mol/L，直流电解电流密度为0.5A/cm2，时间为12min；对处理后的铝箔用工业去离子水进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材。
(2)处理后的铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240-300℃，保温2-4h，随炉冷却至40-80℃然后空冷至室温。
(3)以0.1‰wt石墨烯、0.1％碳纳米管(CNT,800～1000m2/g，管径为1.0～2.0nm，管长为＞5μm。)及4％super-p Li(导电炭黑)、粘结剂1.5％wtCMC、1％wtSBR配置成浆料。
(4)采用凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，既得锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。
实施例2：
本发明实施例2提供一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，该方法通过以下步骤实现：
(1)以惰性电极为阴极、以所述铝箔为阳极，将铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解。所述惰性石墨阴极为石墨平板，电解槽内设有温度为30℃的盐酸和氯化钾的混合液，其中所述盐酸浓度为5mol/L、所述氯化钾浓度为3mol/L，直流电解电流密度为0.8A/cm2，时间为4min。然后对上述处理后的铝箔用工业去离子水进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材。
(2)处理后的铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240-300℃，保温2-4h，随炉冷却至40-80℃然后空冷至室温。
(3)以0.2‰wt石墨烯、0.2％碳纳米管(CNT,800-1000m2/g，管径为1.0-2.0nm，管长为＞5μm。)及7％super-p Li(导电炭黑)、粘结剂1.0％wtCMC、1.5％wtSBR配置成浆料。
(4)采用凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，既得本发明锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。
如图1所示，即为本发明实施例1制得的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料，其中，1是铝箔；2是涂碳层；3是涂碳层覆盖的铝箔微孔结构。
如图2所示，现有技术的LFP电极和本发明的涂炭铝箔的阻抗对比，可见，本发明的阻抗明显低于现有技术的LFP电极。
表1
如表1所示，通过本发明制得的涂炭铝箔各项性能指标都满足要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，该方法通过以下步骤实现：
步骤1，以惰性电极为阴极、铝箔为阳极，将所述铝箔通过辊轮拖动依次经过电解槽进行直流电解，之后，对直流电解后的铝箔进行清洗并且收卷，获得铝箔卷材；
步骤2，将所述铝箔卷材放入真空热处理炉中随炉加热到240-300℃，保温2-4h，随所述真空热处理炉冷却至40-80℃，空冷至室温；
步骤3，将石墨烯、碳纳米管及导电炭黑、粘结剂、丁苯橡胶配置成浆料；
步骤4，通过凹版涂布技术将所述浆料对铝箔卷材进行涂布，获得锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述惰性电极采用石墨平板。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，电解槽内设有温度为30℃的盐酸和氯化钾的混合液，其中，所述盐酸浓度为1mol/L、所述氯化钾浓度为2mol/L；所述直流电解的电流密度为0.5A/cm2，时间为12min。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，采用工业去离子水对直流电解后的铝箔进行清洗。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，按照石墨烯0.1‰wt-0.4‰wt、碳纳米管0.1％-0.4％及导电炭黑3％-10％、粘结剂1％-2％、丁苯橡胶1％-2％配置成浆料。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池用多孔涂碳铝箔材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管采用表面积为800-1000m2/g，管径为1.0-2.0nm，管长为＞5μm的碳纳米管。
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