CN114204037A - 一种电池正极集流体及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池正极集流体及其制备方法与应用，制备方法包括步骤：将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，接触预定时间，得到刻蚀铝箔集流体；将活性材料、导电剂、聚合物粘接剂以及N‑甲基吡咯烷酮溶剂，混合搅拌，得到电极浆液；将所述电极浆液涂覆在所述刻蚀铝箔集流体表面，干燥，得到电池正极集流体。本发明通过化学刻蚀，得到表面粗糙的铝箔集流体，利用粗糙的表面形貌来改善集流体与电极层之间的界面接触和粘接，防止活性材料与集流体分层脱离，避免锂离子电池比容衰减。进而，通过在经过化学刻蚀的铝箔集流体表面涂覆电极浆液制得电池正极集流体，本发明制得的电池正极集流体表现出更高的比容量，更好的循环稳定性和倍率性能。

Description

一种电池正极集流体及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种电池正极集流体及其制备方法与应用。
技术背景
由于锂的低还原电势和高质量比容量，锂离子电池被广泛应用在便携电子仪器，电动汽车和大型储能系统当中。然而锂离子电池随着循环次数的增加会出现比容量衰减的现象，这会降低锂离子电池的使用寿命。造成锂离子电池比容量衰减的常见的原因如下：集流体的钝化或腐蚀，活性材料不可逆的相转变，电解液与活性材料之间的副反应。除此之外，活性材料与集流体分层脱离以及活性材料与导电剂之间失去电连接也是导致锂离子电池比容衰减的重要因素，但是这两大因素常常被忽略。
锂离子电池中集流体的主要作用是负载活性材料以及在电极层和外电路之间传输电子。因此，集流体的表面结构对于锂离子电池的电化学性能有重要的影响。但是商用的金属箔集流体表面通常比较光滑，这导致金属箔集流体和电极层之间的相互作用很弱。在充放电过程中活性材料由于锂离子的嵌入和脱出会发生体积的膨胀和收缩，而集流体在此过程中体积几乎没有变化。二者体积变化的差异使得界面处产生应力，因此多次循环后活性材料会不可避免地从集流体上脱落下来，进而导致比容衰减。此外，常用的碳黑导电剂在电极层中构建的导电网络并不稳定，很容易在循环过程中发生破坏，这将导致锂离子电池的内阻增加以及部分活性材料无法参与电化学反应，从而导致极化增大和比容的衰减。锂离子电池还由于电极内部缓慢的电子传输和锂离子扩散动力学而表现出较差的倍率性能，这难以满足电动汽车对于高功率密度电池系统的需求。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电池正极集流体及其制备方法与应用，旨在解决现有电极易发生比容的衰减的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种电池正极集流体的制备方法，包括步骤：
将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，接触预定时间，得到刻蚀铝箔集流体；
将活性材料、导电剂、聚合物粘接剂以及N-甲基吡咯烷酮溶剂混合搅拌，得到电极浆液；
将所述电极浆液涂覆在所述刻蚀铝箔集流体表面，干燥，得到电池正极集流体。
所述接触预定时间为30-60秒。
所述氢氧化钠的浓度为1mol/L。
所述活性材料、导电剂、聚合物粘接剂的质量比为8:1:1。
所述活性材料为磷酸铁锂。
所述导电剂为碳黑/碳纳米管复合导电剂。
优选地，所述导电剂为碳黑/碳纳米管复合导电剂中，碳黑和碳纳米管质量比为2:1。
优选地，所述碳黑的粒径为20-60nm；所述碳纳米管直径为15-25nm，长度为1-5μm。
本发明还提供一种电池正极集流体，由如上所述任一电池正极集流体的制备方法制备而成。
本发明还提供一种锂离子电池，包括上述电池正极集流体。
有益效果：本发明提供了一种电池正极集流体的制备方法，采用氢氧化钠对铝箔进行化学刻蚀，得到表面粗糙的铝箔集流体，利用粗糙的表面形貌来改善集流体与电极层之间的界面接触和粘接，防止活性材料与集流体分层脱离，避免锂离子电池比容衰减。进而，本发明通过在经过化学刻蚀的铝箔集流体表面涂覆电极浆液制得电池正极集流体，该电池正极集流体能够表现出更高的比容量，更好的循环稳定性和倍率性能。
附图说明
图1为本发明实施例1-3制备的集流体的SEM图。
图2为本发明实施例2制备的电池正极集流体在电极横截面界面处的SEM图。
图3为本发明实施例4制备的电池正极集流体的表面的SEM图。
图4为本发明实施例2制备的集流体与去离子水的接触角图。
图5为本发明实施例2制备电池正极集流体在胶带剥离实验后的数码照片及粘接失效机理示意图。
图6为本发明实施例1-4和对比例制备的电池正极集流体的循环性能图。
图7为本发明实施例1-4和对比例制备的电池正极集流体的倍率性能图。
图8为本发明实施例2、4以及对比例制备的电池正极集流体在不同循环次数下的充放电压曲线图。
图9为本发明实施例2、4以及对比例制备的电池正极集流体的电化学阻抗谱和等效电路图。
图10为本发明实施例2、4以及对比例制备的电池正极集流体的低频段阻抗谱中实部与角频率的反平方根之间的线性关系。
图11为电极层与未经化学刻蚀的原始铝箔和化学刻蚀铝箔在界面处的电子传递示意图。
图12为使用单一碳黑和碳黑/碳纳米管杂化导电剂的电极循环过程在内部结构变化示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种电池正极集流体及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
目前，锂离子电池的电极易发生活性材料与集流体分层脱离和活性材料与导电剂之间失去电连接的现象，进而导致锂离子电池比容量衰减。经研究发现，现有锂离子电池易发生电池比容量衰减的原因在于现有金属箔集流体表面通常比较光滑，会导致金属箔集流体和电极层之间的相互作用很弱，电池经多次循环后活性材料会不可避免地从集流体上脱落下来，进而导致比容衰减。
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种电池正极集流体的制备方法，步骤包括：
S1、将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，接触预定时间，得到刻蚀铝箔集流体；
S2、将活性材料、导电剂、聚合物粘接剂以及N-甲基吡咯烷酮溶剂，混合搅拌，得到电极浆液；
S3、将所述电极浆液涂覆在所述刻蚀铝箔集流体表面，干燥，得到电池正极集流体。
本发明提供的电池正极集流体制备方法利用氢氧化钠对铝箔进行化学刻蚀，得到表面粗糙的铝箔集流体，改善集流体与电极层之间的界面接触和粘接，防止活性材料与集流体分层脱离，进而避免锂离子电池比容衰减。进一步地，通过将电极浆液涂覆在经过化学刻蚀的铝箔集流体表面制得电池正极集流体，该电池正极集流体能够表现出更高的比容量，更好的循环稳定性和倍率性能。
具体地，本发明通过将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行蚀刻，利用金属铝与氢氧化钠之间的化学反应使铝箔出现犁沟状结构，进而使得铝箔呈现出粗糙的表面形貌。所述化学反应如公式(1)所示：
Al+NaOH→NaAlO2+H2(1)
相比于未经过刻蚀的原始铝箔，经过刻蚀的铝箔与去离子水接触角更低，这说明铝箔经化学刻蚀后表面润湿性得到了改善。而表面润湿性的改善便于电极浆液在集流体表面的铺展，这有利于二者之间的界面粘接。并且，经过化学刻蚀的铝箔表面的犁沟结构可以与电极层中粒径与之相似的导电添加剂或活性材料颗粒之间产生机械互锁啮合作用，从而进一步改善界面粘接，因此使用刻蚀铝箔作为集流体的磷酸铁锂电极的循环稳定性更好。进一步地，经过刻蚀的铝箔粗糙表面形貌和表面润湿性的改善有利于增加集流体的表面积，可以为集流体与电极层提供更高的接触面积和更多的有效接触点。更进一步地，由于电极的多孔结构，原始铝箔与电极层只能在一些离散点上发生接触。依据经典的接触理论，此时界面处存在电子收缩/扩张阻，这就是所谓的接触电阻。接触电阻的存在不仅会损害整个电极的电导率，造成较差的倍率性能，还会导致能量损失和低比容量。而刻蚀铝箔的粗糙表面可以增加电子的传输通道(如图11所示)，这可以显著降低接触电阻。因此，使用刻蚀铝箔作为集流体的磷酸铁锂电极的比容量和倍率性能同时得到了改善。此外，本发明采用简单的化学刻蚀制得表面粗糙的集流体，相较于现有技术对金属箔集流体的方法，化学刻蚀无需特殊的仪器设备，涉及到制备过程简单方便，且制得的刻蚀铝箔集流体表面形貌较好，易于与电极层形成较强的作用力。
在一些实施例中，步骤S1中所述预定时间为30-90秒。在制备集流体的过程中，刻蚀的时间决定了铝箔表面的形貌。对于刻蚀30秒的铝箔，它的表面开始出现一些犁沟状结构，而随着刻蚀时间的增加，铝箔表面的犁沟状结构逐渐增多且变宽。优选地，所述预定时间为60秒，制得的电极具有最佳得比容量。
在一些实施例中，所述氢氧化钠的浓度为1mol/L。在该浓度范围内，所述刻蚀铝箔集流体表面的形貌有利于与电极层形成较强的作用力。
在一些实施例中，所述活性材料，导电剂，聚合物粘接剂的质量比为8:1:1。
在一些实施例中，所述活性材料为磷酸铁锂。
现有技术中，由于活性材料的导电性较低，为改善电极比容量和倍率性能，通常情况下会在电极浆料中添加纳米碳填料作为导电剂，其增强效率不仅依赖于导电剂本身的电导率，还与它们的形貌和与活性材料的接触模型有关。举例来说，碳黑由于的零维结构和小的粒径，它可以包覆在磷酸铁锂颗粒表面形成表面导电层。因此，电子可以有效传输到活性材料磷酸铁锂颗粒的整个表面，磷酸铁锂颗粒的所有活性位点都可以在没有额外极化情况下参与到电化学反应。但碳黑颗粒容易发生团聚，且邻近的碳黑颗粒之间由于“点-点”接触模型存在较高的接触电阻，这都不利于碳黑构建长程导电通道来改善整个电极的电导率；而根据逾渗理论，一维的碳纳米管具有高长径比比碳黑更容易形成长程导电通道，碳纳米管的中空结构可以存储电解液，这便于锂离子在电极内的传输。此外，在构建相同长度导电通路时，碳纳米管之间的接触点数量要远少于碳黑，接触电阻更小。但是碳纳米管的管状形貌限制了它在磷酸铁锂表面的包覆。众所周知锂离子在活性材料晶格内的嵌入和脱出要求锂离子和电子必须同时到达和离开活性材料的活性点位。如果活性材料的部分区域无法与导电剂接触，活性材料表面的电流密度分布就会变得不平衡，造成极化增大和可逆比容量降低。基于以上分析单一的碳黑或者单一的碳纳米管不能构建同时具有长程和短程通道的有效导电网络。
因此，在一些实施例中，在步骤S2中采用碳黑/碳纳米管杂化导电剂作为复合导电剂，利用交叉互连的碳纳米管形成三维长程导电网络连接活性材料颗粒，而碳黑颗粒则主要分布在活性材料颗粒表面或者活性材料颗粒和碳纳米管之间缝隙之间来改善短程电子传输，构建有效的导电网络。具体地，由于刚性的碳黑颗粒组成的导电网络无法保持良好的接触状态，容易因为电极的体积膨胀而发生破坏，这会导致循环过程中活性材料颗粒发生电隔离并使得电极内阻增大。而由碳黑/碳纳米管杂化导电剂组成的导电网络由于碳纳米管之间的缠结和分子间作用力而具有高机械强度和良好的结构稳定性，交叉互连的柔性碳纳米管可以缓冲和容纳电极的体积膨胀，一直与活性材料颗粒保持紧密接触来提供电子，有效改善不同级别的电子传递并在循环过程中始终与活性材料颗粒保持紧密的接触，进而使得同时使用刻蚀的铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂制备的电池正极集流体在长期循环中可以保持低极化值，表现出更高的比容量、更好的倍率性、以及更好的稳定性。
优选地，所述导电剂为碳黑/碳纳米管复合导电剂中，碳黑和碳纳米管质量比为2:1。
优选地，所述碳黑的粒径为20-60nm；所述碳纳米管直径为15-25nm，长度为1-5μm。
本发明还提供一种电池正极集流体，由如上所述任一电池正极集流体的制备方法制备而成。
本发明还提供一种锂离子电池，包括上述电池正极集流体。
具体地，由如上所述任一电池正极集流体的制备方法制备的电池正极集流体，由于具有经化学刻蚀铝箔作集流体，所述电池正极集流体的集流体与电极层之间的界面接触和粘接效果较好，能够有效避免锂离子电池比容衰减。进一步地，电池正极集流体商涂覆了含有碳黑/碳纳米管杂化导电剂的电极浆料，所述电池正极集流体可以有效改善不同级别的电子传递并在循环过程中始终与活性材料颗粒保持紧密的接触。因此，所述电池正极集流体和所述锂离子电池能够表现出更高的可逆比容量，更好的倍率性能和极好的循环稳定性。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
化学刻蚀铝箔：将铝箔通过丙酮和乙醇清洗以除去表面残留的油脂，然后将铝箔浸没在1mol/L氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，刻蚀30秒，得到刻蚀铝箔集流体。
制备电极浆液：将活性材料磷酸铁锂、导电剂单一碳黑和聚合物粘接剂聚偏氟乙烯通过适量的N-甲基吡咯烷酮溶剂混合搅拌成为均匀的电极浆液，其中活性材料、导电剂和聚合物粘接剂的质量比例为8:1:1。
制备电极：将制备的电极浆液通过刮刀均匀涂覆在刻蚀铝箔集流体表面，在干燥箱中110℃下干燥12小时以除去溶剂，制备得到电池正极集流体，标记为E-Al-30。
实施例2
在实施例1的基础上，将刻蚀时间调整为60秒，其余制备工艺参数、工艺步骤与实施例1相同，制备得到电池正极集流体，标记为E-Al-60。
实施例3
在实施例1的基础上，将刻蚀时间调整为90秒，其余制备工艺参数、工艺步骤与实施例1相同，制备得到电池正极集流体，标记为E-Al-90。
实施例4
化学刻蚀铝箔：将铝箔通过丙酮和乙醇清洗以除去表面残留的油脂，然后将铝箔浸没在1mol/L氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，刻蚀60秒，得到刻蚀铝箔集流体。
制备电极浆液：首先，碳黑和碳纳米管以质量比2:1混合杂化，作为导电剂；然后，将活性材料磷酸铁锂，导电剂碳黑/碳纳米管和聚合物粘接剂聚偏氟乙烯通过适量的N-甲基吡咯烷酮溶剂混合搅拌成为均匀的电极浆液。其中，活性材料，导电剂和聚合物粘接剂的质量比例为8:1:1。
制备电极：将制备的电极浆液通过刮刀均匀涂覆在经氢氧化钠刻蚀60秒的铝箔集流体表面，在干燥箱中110℃下干燥12小时以除去溶剂，制备得到电池正极集流体，标记为E-Al-60-CB/CNT。
对比例
在实施例1的基础上，将化学刻蚀铝箔替换为未刻蚀的铝箔(原始铝箔)作为集流体，其余制备工艺参数、工艺步骤与实施例1相同，制备得到电池正极集流体，标记为P-Al。
效果测试：
1、扫描电子显微镜(SEM)：使用场发射扫描电子显微镜(Hitachi,SU-70)观察电极和集流体的微观形貌，观测前在样品表面溅射10nm左右金膜以增加试样的导电性。
测试结果：
图1中a为对比例中未刻蚀的铝箔集流体的SEM图，图1中b为实施例1的刻蚀铝箔集流体的SEM图，图1中c为实施例2的刻蚀铝箔集流体的SEM，图1中d为实施例3的刻蚀铝箔集流体的SEM图。结果表明，未经刻蚀的铝箔表面呈现出较为光滑的形貌，仅有少量由于滚压成型导致的发状擦痕，而经氢氧化钠溶液刻蚀后的铝箔则呈现出粗糙的表面形貌，且随着刻蚀时间的增加，铝箔表面的犁沟状结构逐渐增多且变宽。
图2中a为磷酸铁锂电极层与未经过刻蚀的铝箔集流体在电极横截面界面处扫描电镜图片(对比例)，图2中b为经氢氧化钠溶液刻蚀60秒铝箔在电极横截面界面处扫描电镜图片(实施例2)。结果表明，对比例制备的电池正极集流体中电极层与原始铝箔之间的只在一些分散点上发生接触，二者之间的界面处存在明显的缝隙(如方框所示)，实施例2制备的电池正极集流体中，电极层与化学刻蚀铝箔之间表现出良好的接触，说明刻蚀铝箔粗糙表面形貌和表面润湿性的改善有利于增加集流体的表面积，因此可以与电极层提供更高的接触面积和更多的有效接触点。
图3中a是使用单一碳黑导电剂的磷酸铁锂电极的表面形貌。图3中b为碳黑/碳纳米管杂化导电剂的磷酸铁锂电极的表面形貌扫描电镜图片。
2、接触角测试：
使用接触角测试仪(Dataphysics OCA-20)分别测量对比例的集流体与实施例2的集流体与去离子水之间的接触角。
测试结果：
图4中a为对比例中未经过刻蚀的铝箔集流体与去离子水的接触角图片，图4中b为实施例2中的刻蚀铝箔集流体去离子水的接触角图片。结果表明，刻蚀铝箔与去离子水接触角降低，这说明铝箔经化学刻蚀后表面润湿性得到了改善。
3、使用胶带剥离实验来表征电极层与不同集流体之间的界面粘接：
测试结果：
图5中a为制得的电极在胶带剥离实验之后的数码照片，图5中b为实施例2制得的电极在胶带剥离实验之后的数码照片。结果表明，胶带剥离测试之后大量的电池正极集流体从未经刻蚀的原始铝箔上脱落下来(如圆圈所示)，然而只有少量的电池正极集流体从化学刻蚀铝箔表面分层剥离。由此说明，实施例2中制备的电极剥离主要发生在电极层中间，主要的失效机理为内聚破坏(图5中d)。然而对比例中制备的电极，由于原始铝箔表面很平坦，它与电极层之间的界面粘接主要源于聚合物粘接剂和集流体之间的低粘接能。因此剥离主要发生在电极层和集流体的界面处，主要的失效机理为界面破坏(图5中c)。
4、电化学性能测试：
分别将实施例1-4、对比例制得的电池正极集流体通过冲片机冲切成直径15毫米的圆片，然后在水氧含量均小于0.1ppm的手套箱中组装纽扣电池。首先将纽扣电池负极壳置于平台上，然后将锂片，隔膜，电解液和极片依次加入其中，电解液的量以能将隔膜和极片完全浸润为准，盖上正极壳，使用自动封口机对电池进行封口，擦干净电池外壳残留的电解液，静置24小时后再进行测试。
在电化学工作站(CHI 760E)上测试纽扣电池的电化学阻抗谱，测试频率范围为0.01到100000Hz，使用5mV的交流电信号。在新威尔电池测试系统中在2.4-4.2V(vs.Li+/Li)电压范围内在恒电流充放电模式下测试纽扣电池的循环以及倍率性能。
测试结果如下：
图6为使用实施例1-4及对比例制备的磷酸铁锂电极在0.5C电流密度放电比容量与循环次数之间的关系。结果显示，对于所有的磷酸铁锂电极，它们的比容量在前20次循环中都逐渐增加到最大值，这主要与电解液延迟浸润电极层有关。使用未刻蚀的原始铝箔和化学刻蚀30，60和90秒的铝箔制备的磷酸铁锂电极比容量最大值分别为144.95，161.76，164.09和161.97mAh/g。这一结果表明使用化学刻蚀铝箔可以有效改善磷酸铁锂电极的比容量，铝箔最佳的刻蚀时间为60秒。而使用碳黑/碳纳米管杂化导电剂可以进一步改善比容量到169.07mAh/g。随着循环次数的增加，使用原始铝箔的磷酸铁锂电极表现出明显的容量衰减，循环100次之后比容量只剩下95.57mAh/g。而使用刻蚀铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂的磷酸铁锂电极则表现出更好的循环稳定性。循环100次之后使用化学刻蚀30，60和90秒的铝箔，以及同时使用化学刻蚀60秒的铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂制备的磷酸铁锂电极比容量分别剩下了146.69,160.58,156.19和163.25mAh/g。
图7为使用实施例1-4及对比例制备的磷酸铁锂电极在不同电流密度下的比容量。随着电流密度的增加，使用原始铝箔的磷酸铁锂电极放电比容量迅速降低，在3C倍率下比容量仅有14.73mAh/g。而使用刻蚀60秒铝箔的磷酸铁锂电极则表现出更好的倍率性能，在3C倍率下比容量还有106.29mAh/g。当同时使用碳黑/碳纳米管杂化导电剂时，高倍率的放电比容量显著增长，3C下达到了129.30mAh/g。更高的比容量和更好的倍率性能应该归因于之前提到的碳黑/碳纳米管杂化导电剂构建的有效导电网络。此外当电流密度从3C又降低到0.5C的时候，比容量又完全恢复，这表明了它具有极好的电化学性能可逆性。
图8中a为使用对比例制得的磷酸铁锂电极不同循环次数下的充放电压曲线图，图8中b为实施例2制得的磷酸铁锂电极不同循环次数下的充放电压曲线图，图8中c为实施例4制得的磷酸铁锂电极不同循环次数下的充放电压曲线图，ΔE对应着循环第100次的极化值。结果表明，对于所有的磷酸铁锂电极在第二次充放电循环中在3.5V左右存在一个充电电压平台，在3.3V左右存在一个放电电压平台，这对应着磷酸铁锂和磷酸铁之间的两相充放电反应。随着循环次数的增加，通过充放电电压平台电压差计算得到的极化值逐渐增大。对于使用原始铝箔的磷酸铁锂电极在第100次循环中极化值为830mV，并且此时充放电曲线出现了严重的变形。使用刻蚀60秒铝箔的磷酸铁锂电极在第100次循环中极化值也高达528mV。与之对比，同时使用刻蚀60秒铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂的磷酸铁锂电极的极化值仅为176mV，这进一步证明了其具有极好的循环稳定性。
图9为使用实施例1-4及对比例制备的磷酸铁锂电极的电化学阻抗谱和等效电路。结果表明，阻抗谱的高频区谱图在实部轴的截距便是等效电路中的Re(等效串联电阻)，它包括电解液的离子阻，电极层和集流体本身的电阻以及二者之间的接触电阻。中频段的半圆对应等效电路中的Rct(电荷传输阻)，这代表着电极的反应动力学。使用原始铝箔，刻蚀60秒铝箔以及同时使用刻蚀60秒铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂的磷酸铁锂电极的等效串联电阻分别为3.01,2.65和1.62Ω。由于使用刻蚀铝箔可以降低接触电阻，使用杂化导电剂可以改善电极层本身的电阻，这共同导致了等效串联电阻的降低。此外它们三者的电荷传输阻分别为180.23,129.47和80.27Ω。这一结果也表明了使用刻蚀铝箔和杂化导电剂可以改善电化学反应动力学。
图10为低频段阻抗谱中实部与角频率的反平方根之间的线性关系。结果表明，使用刻蚀铝箔和杂化导电剂可以改善锂离子扩散速率。具体地，除了电子传输，快速的离子传输在电极中对于改善电化学反应动力学也非常重要。锂离子扩散系数可以通过低频段阻抗谱中实部与角频率的反平方根之间的线性关系来计算，如公式(2)和(3)所示：
Figure BDA0003410989130000131
Z'＝Re+Rct+σwω-1/2 (3)
式中R是气体常数，T是测试环境的绝对温度，A是工作电极的表面积，n是电化学反应中传递的电子数量，F是法拉第常数，C是锂离子浓度，ω是角频率。σw可以用阻抗谱中实部与角频率的反平方根之间的线性拟合斜率来表示，通过计算使用原始铝箔，刻蚀60秒铝箔以及同时使用刻蚀60秒铝箔和碳黑/碳纳米管杂化导电剂的磷酸铁锂电极的锂离子扩散系数分别为9.07×10-14，2.72×10-13和3.96×10-13cm2/s。
综上所述，本发明提供一种电池正极集流体及其制备方法与应用，所述电池正极集流体的制备方法包括步骤：将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，接触预定时间，得到刻蚀铝箔集流体；将活性材料、导电剂、聚合物粘接剂以及N-甲基吡咯烷酮溶剂，混合搅拌，得到电极浆液；将所述电极浆液涂覆在所述刻蚀铝箔集流体表面，干燥，得到电池正极集流体。本发明通过化学刻蚀，得到表面粗糙的铝箔集流体，利用粗糙的表面形貌来改善集流体与电极层之间的界面接触和粘接，防止活性材料与集流体分层脱离，避免锂离子电池比容衰减。进而，通过在经过化学刻蚀的铝箔集流体表面涂覆电极浆液制得电池正极集流体，本发明制得的电池正极集流体能够表现出更高的比容量，更好的循环稳定性和倍率性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池正极集流体的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将铝箔浸没在氢氧化钠溶液中进行化学刻蚀，接触预定时间，得到刻蚀铝箔集流体；
将活性材料、导电剂、聚合物粘接剂以及N-甲基吡咯烷酮溶剂混合搅拌，得到电极浆液；
将所述电极浆液涂覆在所述刻蚀铝箔集流体表面，干燥，得到电池正极集流体。
2.根据权利要求1所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，接触预定时间为30-60秒。
3.根据权利要求1所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠的浓度为1mol/L。
4.根据权利要求1所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述活性材料，导电剂，聚合物粘接剂的质量比为8:1:1。
5.根据权利要求1所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述活性材料为磷酸铁锂。
6.根据权利要求1所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述导电剂为碳黑/碳纳米管复合导电剂。
7.根据权利要求5所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述导电剂为碳黑/碳纳米管复合导电剂中，碳黑和碳纳米管质量比为2:1。
8.根据权利要求5所述电池正极集流体的制备方法，其特征在于，所述碳黑的粒径为20-60nm；所述碳纳米管直径为15-25nm，长度为1-5μm。
9.一种电池正极集流体，其特征在于，由如权利要求1-8任一所述的电池正极集流体的制备方法制备而成。
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池正极集流体。
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