CN114678515A - 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 - Google Patents
一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114678515A CN114678515A CN202210382931.7A CN202210382931A CN114678515A CN 114678515 A CN114678515 A CN 114678515A CN 202210382931 A CN202210382931 A CN 202210382931A CN 114678515 A CN114678515 A CN 114678515A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polystyrene
- polyethylene glycol
- coating
- polymer coating
- copper electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 63
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims abstract description 66
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 66
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims description 16
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims description 16
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-N 4-ethenylpyridine Chemical compound C=CC1=CC=NC=C1 KFDVPJUYSDEJTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 abstract description 26
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical group [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 11
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 abstract description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 33
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical compound [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 1,3-dioxolane Chemical compound C1COCO1 WNXJIVFYUVYPPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用，涉及电极材料技术领域。该多孔聚合物涂层铜电极包括聚合物涂层和铜基底；采用的聚合物为聚苯乙烯‑b‑聚乙二醇、聚苯乙烯‑b‑聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯‑b‑聚‑4‑乙烯基吡啶。本发明通过简单的嵌段共聚物自组装的方法，制备了具有孔径可控且分布均匀的多孔聚合物涂层，成功实现了锂的连续均匀沉积，抑制了锂枝晶的生长，提高了锂金属电池的循环寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电极材料技术领域，特别是涉及一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用。
背景技术
锂金属电池在电镀/剥离过程中，活泼锂与电解液的无限副反应、枝晶生长、无限增长的体积效应等问题导致电池容量迅速衰减，电池循环寿命降低。通过在电极/电解质界面人工设计SEI膜是解决锂金属电池问题最直接的调控方法，来达到改善电池性能的目的。锂负极的“无宿主”性质使其在循环过程中产生巨大的体积变化，也是导致锂金属电池性能差的一个主要原因。
因此，通过设计“宿主”来做为锂沉积的载体成为有效的方法。先前方法报道具有微纳米聚合物SEI膜/隔膜/固体电解质的方法可以有效提高锂金属电池稳定性。以此可知，纳米级多孔通道可以作为锂沉积的优先载体，引导锂离子在孔内传输。但先前方法存在过程复杂且孔径难以有效调控的缺陷，同时，难以实现工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，保证锂金属电池的性能，提高循环寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种多孔聚合物涂层铜电极，包括聚合物涂层和铜基底；所述聚合物涂层成分为聚苯乙烯-b-聚乙二醇、聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶；
进一步地，所述聚合物涂层成分的亲水嵌段与疏水嵌段比例为1-10:1-10；具体的：所述聚苯乙烯-b-聚乙二醇中，聚苯乙烯嵌段与聚乙二醇嵌段比例为1:10-10:1；所述聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯中，聚苯乙烯嵌段与聚甲基丙烯酸甲酯嵌段比例为1:10-10:1；所述聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶中，聚苯乙烯嵌段与聚-4-乙烯基吡啶嵌段比例为1:10-10:1。
进一步地，所述聚合物涂层的厚度为80-300nm。
本发明还提供上述多孔聚合物涂层铜电极的制备方法，包括以下步骤：
将所述聚合物溶解于有机溶剂中，将得到的聚合物溶液涂敷于金属铜表面，得到所述多孔聚合物涂层铜电极。
进一步地，所述有机溶剂包括甲苯、氯仿、丙酮、环己烷或乙酸。
进一步地，所述聚合物溶液涂敷完毕后，还包括清洗去除亲水嵌段的步骤。
进一步地，清洗所用清洗剂为水或乙酸。
本发明还提供上述多孔聚合物涂层铜电极在锂离子电池中的应用。
本发明公开了以下技术效果：
本发明通过简单的嵌段共聚物自组装的方法，两嵌段在溶剂挥发过程中发生相分离，再利用选择性溶剂清洗一富集相，形成多孔结构，制备了具有孔径可控且分布均匀的多孔聚合物涂层，成功实现了锂的连续均匀的沉积，抑制了锂枝晶的生长，提高了锂金属电池的循环寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备得到的聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体形貌图；
图2为本发明实施例1、实施例4与对比例1制备得到的聚合物涂层集流体的库伦效率图；
图3为不同电极的锂沉积形貌图；其中：A为对比例1的纯铜电极锂沉积形貌图，B为实施例1的多孔聚合物涂层电极锂沉积形貌图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明中，聚苯乙烯-b-聚乙二醇的结构如下：
聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯的结构如下：
聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶的结构如下：
实施例1
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝10：1的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于环己烷中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能，具体如下：
在充满氩气且水、氧值均小于0.1ppm的手套箱中，使用直径为14mm，厚度为1mm的锂片、直径18mm的隔膜(Celgard 2325)和1mol/L的双三氟甲基磺酰亚胺锂、含有2wt％硝酸锂的1,3二氧戊环/乙二醇二甲醚(v/v＝1:1)的电解液，进行型号为CR2025的扣式电池的组装。具有聚合物涂层集流体的直径为16mm。组装顺序依次为负极壳、弹片、垫片、锂片、夹层、隔膜、多孔聚合物涂层铜电极、正极壳，用电动封装机将电池密封。组装半电池时，锂片为工作电极，多孔聚合物涂层铜电极为对电极。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环175圈。
本发明实施例1制备得到的聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体形貌图如图1所示。
实施例2
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：10的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于环己烷中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环200圈。
实施例3
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：1的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于氯仿中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环135圈。
实施例4
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝10：1的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于氯仿中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环130圈。
实施例5
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：1的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于环己烷中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环180圈。
实施例6
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：10的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于氯仿中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环125圈。
实施例7
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：10的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于环己烷中配置16mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度120nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度120nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环180圈。
实施例8
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚乙二醇嵌段＝1：10的聚苯乙烯-b-聚乙二醇于环己烷中配置25mg/mL聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚乙二醇溶液来制备聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层，聚合物涂层的厚度300nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚乙二醇嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚乙二醇涂层集流体(涂层厚度300nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环150圈。
实施例9
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚甲基丙烯酸甲酯嵌段＝1：1的聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯于环己烷中配置8mg/mL聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯溶液来制备聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在乙酸中清洗30分钟去除聚甲基丙烯酸甲酯嵌段，得到具有聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环165圈。
实施例10
步骤1：溶解聚苯乙烯嵌段：聚-4-乙烯基吡啶嵌段＝1：1的聚聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶于氯仿中配置8mg/mL聚聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶溶液。
步骤2：利用匀胶机在铜电极上旋涂聚聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶溶液来制备聚聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶涂层，聚合物涂层的厚度80nm，然后在去离子水中清洗30分钟去除聚-4-乙烯基吡啶嵌段，得到具有聚聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶涂层集流体(涂层厚度80nm)。
步骤3：组装扣式电池并测试电池循环性能。扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环160圈。
对比例1
以铜电极(裸铜)为集流体组装扣式电池，测试电池循环性能，扣式电池组装步骤同实施例1。
在1mA/cm2的电流密度和容量1mAh/cm2条件下，稳定循环60圈。
图2为本发明实施例1、实施例4与对比例1制备得到的聚合物涂层集流体的库伦效率图。由图2可以看出嵌段聚合物的结构对电池循环稳定性影响非常明显，没有多孔结构形成的涂层只是稍改善电池的循环稳定性，然而形成多孔结构后大大改善了电池的循环稳定性。由此可见，本发明提出了一种制备高循环稳定性电池电极涂层的方法。
图3为不同电极的锂沉积形貌图；其中：A为对比例1的纯铜电极锂沉积形貌图，B为实施例1的多孔聚合物涂层电极锂沉积形貌图。可以看出，本发明利用多孔聚合物涂层成功实现了锂的连续均匀沉积。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种多孔聚合物涂层铜电极，其特征在于，包括聚合物涂层和铜基底；所述聚合物涂层成分为聚苯乙烯-b-聚乙二醇、聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶。
2.根据权利要求1所述的多孔聚合物涂层铜电极，其特征在于，所述聚苯乙烯-b-聚乙二醇中，聚苯乙烯嵌段与聚乙二醇嵌段比例为1:10-10:1；所述聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯中，聚苯乙烯嵌段与聚甲基丙烯酸甲酯嵌段比例为1:10-10:1；所述聚苯乙烯-b-聚-4-乙烯基吡啶中，聚苯乙烯嵌段与聚-4-乙烯基吡啶嵌段比例为1:10-10:1。
3.根据权利要求1所述的多孔聚合物涂层铜电极，其特征在于，所述聚合物涂层的厚度为80-300nm。
4.如权利要求1-3任一项所述的多孔聚合物涂层铜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚合物溶解于有机溶剂中得到聚合物溶液，将得到的聚合物溶液涂敷于金属铜表面，得到多孔聚合物涂层铜电极。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲苯、氯仿、丙酮、环己烷或乙酸。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述聚合物溶液涂敷完毕后，还包括清洗的步骤。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，清洗所用清洗剂为水或乙酸。
8.如权利要求1-3任一项所述的多孔聚合物涂层铜电极在锂离子电池中的应用。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210382931.7A CN114678515B (zh) | 2022-04-12 | 2022-04-12 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
| LU505370A LU505370B1 (en) | 2022-04-12 | 2023-03-14 | Porous Polymer-coated Copper Electrode, and Preparation Method and Application Thereof |
| PCT/CN2023/081320 WO2023197806A1 (zh) | 2022-04-12 | 2023-03-14 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210382931.7A CN114678515B (zh) | 2022-04-12 | 2022-04-12 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114678515A true CN114678515A (zh) | 2022-06-28 |
| CN114678515B CN114678515B (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=82077640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210382931.7A Active CN114678515B (zh) | 2022-04-12 | 2022-04-12 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114678515B (zh) |
| LU (1) | LU505370B1 (zh) |
| WO (1) | WO2023197806A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115838557A (zh) * | 2022-09-23 | 2023-03-24 | 上海交通大学 | 一种金属负极用高分子功能涂层的制备方法 |
| WO2023197806A1 (zh) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
Citations (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009104849A (ja) * | 2007-10-22 | 2009-05-14 | Nissan Motor Co Ltd | 負極集電体、二次電池および組電池、並びにこれらを搭載した車両 |
| CN101704957A (zh) * | 2009-10-29 | 2010-05-12 | 南京工业大学 | 一种制备具有连续纳米孔道的聚合物薄膜的方法 |
| CN102130323A (zh) * | 2011-02-12 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种含多孔聚合物弹性体的锂离子电池薄膜负极及制备方法 |
| CN103788398A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-14 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种嵌段共聚物有序介孔薄膜的制备方法 |
| KR20150000984A (ko) * | 2013-06-26 | 2015-01-06 | (주)오렌지파워 | 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 이차 전지 |
| CN105186006A (zh) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | 北京好风光储能技术有限公司 | 一种复合多孔集流体及其制备方法与应用 |
| US20160293943A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | SolidEnergy Systems | Composite coating systems and methods for lithium metal anodes in battery applications |
| KR20180027953A (ko) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 전극용 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극 |
| CN107946543A (zh) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 辉能科技股份有限公司 | 锂金属极板及其应用的锂金属电池 |
| CN108493455A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-04 | 上海其鸿新材料科技有限公司 | 一种多功能锂电池集流体及其制备方法 |
| CN109161047A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-08 | 江苏科技大学 | 聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚物多孔通透膜的制备方法 |
| WO2019104365A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Nano-Nouvelle Pty Ltd | Current collector |
| CN110098409A (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种二次电池集流体及使用该集流体的二次电池 |
| CN110364739A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种集流体及其制备方法和应用 |
| US20200373563A1 (en) * | 2018-01-31 | 2020-11-26 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
| CN112216818A (zh) * | 2019-07-11 | 2021-01-12 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂离子电池负极及其制备方法、锂离子电池和电池模组 |
| CN112968210A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-15 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种两性离子液体凝胶电解质及其制备方法和应用 |
| US20220109180A1 (en) * | 2020-04-23 | 2022-04-07 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Lithium metal battery, process for preparing the same, apparatus containing the lithium metal battery and negative electrode plate |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5546719B2 (ja) * | 2007-03-28 | 2014-07-09 | 日東電工株式会社 | ミクロ相分離構造を有する高分子体の製造方法ならびにミクロ相分離構造を有する高分子体 |
| US8425981B1 (en) * | 2011-02-23 | 2013-04-23 | Sandia Corporation | Method for making nanoporous hydrophobic coatings |
| US10576431B2 (en) * | 2016-08-15 | 2020-03-03 | Pall Corporation | Fluoropolymers and membranes comprising fluoropolymers (II) |
| CN110474053B (zh) * | 2019-08-21 | 2021-03-23 | 厦门大学 | 一种锂金属负极材料、制备方法及应用 |
| CN111129504A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-08 | 清华大学深圳国际研究生院 | 改性集流体的制备方法、改性集流体、电极片及锂电池 |
| CN114220947B (zh) * | 2021-12-09 | 2024-04-02 | 厦门大学 | 一种锂金属电池负极、集流体及其制备方法和电池 |
| CN114678515B (zh) * | 2022-04-12 | 2024-05-31 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-04-12 CN CN202210382931.7A patent/CN114678515B/zh active Active
-
2023
- 2023-03-14 WO PCT/CN2023/081320 patent/WO2023197806A1/zh unknown
- 2023-03-14 LU LU505370A patent/LU505370B1/en active
Patent Citations (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009104849A (ja) * | 2007-10-22 | 2009-05-14 | Nissan Motor Co Ltd | 負極集電体、二次電池および組電池、並びにこれらを搭載した車両 |
| CN101704957A (zh) * | 2009-10-29 | 2010-05-12 | 南京工业大学 | 一种制备具有连续纳米孔道的聚合物薄膜的方法 |
| CN102130323A (zh) * | 2011-02-12 | 2011-07-20 | 中南大学 | 一种含多孔聚合物弹性体的锂离子电池薄膜负极及制备方法 |
| KR20150000984A (ko) * | 2013-06-26 | 2015-01-06 | (주)오렌지파워 | 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 이차 전지 |
| CN103788398A (zh) * | 2014-01-26 | 2014-05-14 | 中国科学院长春应用化学研究所 | 一种嵌段共聚物有序介孔薄膜的制备方法 |
| CN105186006A (zh) * | 2014-06-17 | 2015-12-23 | 北京好风光储能技术有限公司 | 一种复合多孔集流体及其制备方法与应用 |
| US20160293943A1 (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | SolidEnergy Systems | Composite coating systems and methods for lithium metal anodes in battery applications |
| CN107615521A (zh) * | 2015-03-30 | 2018-01-19 | 固态能源系统公司 | 电池应用中锂金属阳极的复合涂层体系和方法 |
| KR20180027953A (ko) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | 주식회사 엘지화학 | 리튬 전극용 다공성 집전체 및 이를 포함하는 리튬 전극 |
| CN107946543A (zh) * | 2016-10-12 | 2018-04-20 | 辉能科技股份有限公司 | 锂金属极板及其应用的锂金属电池 |
| WO2019104365A1 (en) * | 2017-11-30 | 2019-06-06 | Nano-Nouvelle Pty Ltd | Current collector |
| CN108493455A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-09-04 | 上海其鸿新材料科技有限公司 | 一种多功能锂电池集流体及其制备方法 |
| CN110098409A (zh) * | 2018-01-30 | 2019-08-06 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种二次电池集流体及使用该集流体的二次电池 |
| US20200373563A1 (en) * | 2018-01-31 | 2020-11-26 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
| CN109161047A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-08 | 江苏科技大学 | 聚苯乙烯或聚苯乙烯共聚物多孔通透膜的制备方法 |
| CN112216818A (zh) * | 2019-07-11 | 2021-01-12 | 比亚迪股份有限公司 | 一种锂离子电池负极及其制备方法、锂离子电池和电池模组 |
| CN110364739A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-22 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种集流体及其制备方法和应用 |
| US20220109180A1 (en) * | 2020-04-23 | 2022-04-07 | Contemporary Amperex Technology Co., Limited | Lithium metal battery, process for preparing the same, apparatus containing the lithium metal battery and negative electrode plate |
| CN112968210A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-15 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种两性离子液体凝胶电解质及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "集流体表面修饰抑制锂枝晶生长的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 01, 15 January 2022 (2022-01-15), pages 022 - 279 * |
| BIN ZHU等: "Poly(dimethylsiloxane) Thin Film as a Stable Interfacial Layer for High-Performance Lithium-Metal Battery Anodes", 《ADVANCED MATERIALS》, vol. 29, no. 02, pages 1 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023197806A1 (zh) * | 2022-04-12 | 2023-10-19 | 珠海中科先进技术研究院有限公司 | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 |
| CN115838557A (zh) * | 2022-09-23 | 2023-03-24 | 上海交通大学 | 一种金属负极用高分子功能涂层的制备方法 |
| CN115838557B (zh) * | 2022-09-23 | 2023-12-08 | 上海交通大学 | 一种金属负极用高分子功能涂层的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LU505370B1 (en) | 2024-01-09 |
| CN114678515B (zh) | 2024-05-31 |
| WO2023197806A1 (zh) | 2023-10-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5524330B2 (ja) | 高分子複合電解質、高分子複合電解質を含む電池、およびそれを調製する方法 | |
| CN109888290B (zh) | 一种高倍率锂离子电池、陈化及化成方法 | |
| CN114678515B (zh) | 一种多孔聚合物涂层铜电极及其制备方法和应用 | |
| CN110808360A (zh) | 一种硅碳负极材料及制备方法、电池负极片及锂离子电池 | |
| JP2002359005A (ja) | ゲル状高分子電解質を含む巻取型リチウム２次電池用セパレータ及びその製造方法 | |
| CN112349893B (zh) | 一种聚多巴胺薄膜抑制锌枝晶生长的方法 | |
| CN108808080B (zh) | 纳米复合凝胶电解质、锂二次电池及其制备方法 | |
| CN110416498B (zh) | 一种锂金属电池的锂负极表面改性方法、改性锂负极及锂金属电池 | |
| CN115441048B (zh) | 具有稳定梯度分布结构的复合电解质及电池与制备方法 | |
| CN114792775A (zh) | 一种聚合物涂层改性的锌负极及其制备方法与应用 | |
| CN110854441B (zh) | 一种三维多孔集流体及模板刻蚀方法与应用 | |
| KR20190108316A (ko) | 수소 거품 형판을 이용한 다공성 전극 집전체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 전극 집전체 | |
| CN109888183B (zh) | 一种有机无机杂化薄膜的制备方法及应用 | |
| CN1312789C (zh) | 复合锂电池隔膜及其制备方法 | |
| CN116111068A (zh) | 一种三维锑/氧化锑复合层修饰的锌负极材料及其制备方法和应用 | |
| CN113346191B (zh) | 一种含导电层的不对称隔膜、其制备方法和应用 | |
| KR102085499B1 (ko) | 수소 거품 형판을 이용한 다공성 전극 집전체의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 전극 집전체 | |
| CN111106349B (zh) | 一种含聚乙二醇基团的降冰片烯衍生物的应用及一种硅基负极片、锂离子电池 | |
| CN112072174A (zh) | 多孔聚合物电解质及制备方法、锂金属电池 | |
| CN111416120A (zh) | 具有人工构建聚合物sei膜的金属锂材料及其制备与应用 | |
| JP2023513815A (ja) | 陽極片、当該極片を採用した電池及び電子装置 | |
| CN114614021A (zh) | 一种具有聚合物涂层的集流体及其制备方法和应用 | |
| CN112029132B (zh) | 半固态聚合物电解质及制备方法、锂金属电池 | |
| CN217035727U (zh) | 一种自支撑固态电解质膜及锂离子电池 | |
| KR100287120B1 (ko) | 함습율및기공의크기가다른세퍼레이터를이용한알카리-아연2차전지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |