CN115986127A - 一种复合铝箔集流体及应用其的正极片、电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合铝箔集流体，该复合铝箔集流体包括铝箔层和碳量子点涂层，铝箔层的至少一个表面上设置有碳量子点涂层，碳量子点涂层中含有碳量子点，碳量子点的表面被氨基修饰。本发明通过引入表面含有氨基的碳量子点，一方面能够增强铝箔的防腐蚀性能，另一方面能够增强铝箔的导电性能，从而使得所制备的复合铝箔集流体具备良好的循环稳定性。所引入的碳量子点由于其表面含有氨基基团，能够稳定锂离子电池在使用过程中产生的氢氟酸和水，防止氢氟酸和水对材料的破坏，进而增强铝箔的防腐蚀性能，延长电芯的循环寿命。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种复合铝箔集流体及应用其的正极片、电池。
背景技术
目前，全球已经入新能源时代，汽车电动化的趋势已不可逆转，锂离子电池作为三电中重要的一环，已得到了强有力的发展。目前锂电池正极用的箔材为光面铝箔或者是涂碳铝箔，这两种基本能满足常规锂离子电池的性能需求。但对于需要长循环寿命的电芯而言，随着循环次数的增加，电解液会逐渐分解，产生氢氟酸，腐蚀铝箔，致使电极结构破坏，影响电芯循环寿命。
发明内容
为了增强铝箔的防腐蚀性能，提高电芯的循环寿命，本发明的目的在于提供一种复合铝箔集流体及应用其的正极片、电池。
根据本发明的一个方面，提供一种复合铝箔集流体，复合铝箔集流体包括铝箔层和碳量子点涂层，铝箔层的至少一个表面上设置有碳量子点涂层，碳量子点涂层中含有碳量子点，碳量子点的表面被氨基修饰。本发明通过引入表面含有氨基的碳量子点，一方面能够增强铝箔的防腐蚀性能，另一方面能够增强铝箔的导电性能，从而使得所制备的复合铝箔集流体具备良好的循环稳定性。所引入的碳量子点由于其表面含有氨基基团，能够稳定锂离子电池在使用过程中产生的氢氟酸和水，防止氢氟酸和水对材料的破坏，进而增强铝箔的防腐蚀性能，延长电芯的循环寿命。
优选地，碳量子点的制备方法包括：利用水热反应制备碳量子点，其中，碳量子点的原料中包括含氮碳源。上述含氮碳源指的是化学组成中含有氮元素的碳源，在水热反应中，原料中的碳源生成碳量子点，而原料中含氮碳源中的氮元素则为用于修饰碳量子点的氨基提供氮源。
优选地，水热反应的反应温度为180～220℃，反应时间为10～15小时。例如，水热反应的反应温度为180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃或220℃等；反应时间为10小时、10.5小时、11小时、11.5小时、12小时、12.5小时、13小时、13.5小时、14小时、14.5小时或15小时等。
优选地，水热反应的反应温度为200℃。
优选地，含氮碳源包括乙二胺、甲酰胺中的至少一种。
优选地，用于制备碳量子点的原料还包括柠檬酸。
优选地，用于制备碳量子点的溶液包括乙二胺和柠檬酸，按照质量比计算，乙二胺：柠檬酸＝1～2：1～2。例如，乙二胺：柠檬酸＝1：1、乙二胺：柠檬酸＝1：1.5、乙二胺：柠檬酸＝1：2、乙二胺：柠檬酸＝1.5：1、乙二胺：柠檬酸＝1.5：1.5、乙二胺：柠檬酸＝1.5：2、乙二胺：柠檬酸＝2：1、乙二胺：柠檬酸＝2：1.5或乙二胺：柠檬酸＝2：2等。
优选地，用于制备碳量子点的溶液包括乙二胺和柠檬酸，按照质量比计算，乙二胺：柠檬酸＝1:1。
优选地，在进行水热反应之前，将用于制备碳量子点的原料溶于水配成浓度为0.3～1mol/L的原料溶液，然后将原料溶液混合形成反应物混合液，接着是反应物混合液发生水热反应制备碳量子点。例如，原料溶液的浓度为0.3mol/L、0.35mol/L、0.4mol/L、0.45mol/L、0.5mol/L、0.55mol/L、0.6mol/L、0.65mol/L、0.7mol/L、0.75mol/L、0.8mol/L、0.85mol/L、0.9mol/L、0.95mol/L或1mol/L等。
优选地，在碳量子点涂层中，碳量子点的面密度为0.5～2g/m2。由此，碳量子点涂层能够提供数量足够的碳量子点，从而既能够有效地提高集流体的电导率也不至于由于碳量子点涂层的设置而导致集流体过厚。例如，碳量子点的面密度为0.5g/m2、0.55g/m2、0.6g/m2、0.65g/m2、0.7g/m2、0.75g/m2、0.8g/m2、0.85g/m2、0.9g/m2、0.95g/m2、1g/m2、1.05g/m2、1.1g/m2、1.15g/m2、1.2g/m2、1.25g/m2、1.3g/m2、1.35g/m2、1.4g/m2、1.45g/m2、1.5g/m2、1.55g/m2、1.6g/m2、1.65g/m2、1.7g/m2、1.75g/m2、1.8g/m2、1.85g/m2、1.9g/m2、1.95g/m2或2g/m2等。
优选地，在碳量子点涂层中，碳量子点所占的质量百分比为5～20wt％。例如，在碳量子点涂层中，碳量子点所占的质量百分比为5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％等。
优选地，碳量子点涂层的厚度为1～2μm。当碳量子点涂层的厚度太小时，对铝箔起到明显的抗腐效果；而当其厚度太大时，则影响碳量子点涂层的贴合效果。例如，碳量子点涂层的厚度为1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm或2μm等。
优选地，碳量子点涂层还包括胶粘剂A，胶粘剂A的质量占碳量子点涂层的质量的80～95wt％。例如，在碳量子点涂层中，胶粘剂A所占的质量百分比为80wt％、81wt％、82wt％、83wt％、84wt％、85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％、91wt％、92wt％、93wt％、94wt％或95wt％等。
优选地，胶粘剂A包括聚偏二氟乙烯。
优选地，碳量子点涂层的成型方法包括如下步骤：S1.将胶粘剂A与溶剂按照胶粘剂A：溶剂＝1～5:50的质量比混合配制含有胶粘剂A的浆液，将浆液加热到40～50℃，向其中加入碳量子点，然后继续保温1～3小时，形成碳量子点胶液；S2.通过涂布操作将碳量子点胶液涂覆在铝箔层的至少一个表面上，烘干，以在铝箔层的表面形成碳量子点涂层。按照上述方法成型碳量子点涂层过程中，碳量子点能够在碳量子点胶液中分散均匀，并利用涂布操作在铝箔表面形成厚薄一致的碳量子点涂层，且碳量子点涂层与铝箔具有较好的粘合作用。例如，胶粘剂A与溶剂的配比为胶粘剂A：溶剂＝1:50、胶粘剂A：溶剂＝2:50、胶粘剂A：溶剂＝3:50、胶粘剂A：溶剂＝4:50或胶粘剂A：溶剂＝5:50等；保温温度为40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃或50℃等；保温时间为1小时、1.5小时、2小时、2.5小时或3小时等。
优选地，溶剂包括N-甲基吡咯烷酮。
优选地，在碳量子点胶液中，碳量子点所占的质量百分比为0.5～1wt％。例如，碳量子点所占的质量百分比为0.5wt％、0.55wt％、0.6wt％、0.65wt％、0.7wt％、0.75wt％、0.8wt％、0.85wt％、0.9wt％、0.95wt％或1wt％等。
优选地，在碳量子点胶液中，胶粘剂A所占的质量百分比为4～8wt％。例如，胶粘剂A所占的质量百分比为4wt％、4.5wt％、5wt％、5.5wt％、6wt％、6.5wt％、7wt％、7.5wt％或8wt％等。
优选地，在S2中，将碳量子点胶液涂敷在铝箔层的表面后还需进行干燥，其干燥温度为35～45℃。干燥后，铝箔层的表面形成碳量子点涂层，所形成的涂层中仅含有碳量子点和胶黏剂A。例如，干燥温度为35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃等。
根据本发明的第二个方面，提供一种正极片，该正极片包括如上所述复合铝箔集流体和正极活性涂层，复合铝箔集流体以碳量子点涂层与正极活性涂层复合。
优选地，正极活性涂层的厚度：碳量子点涂层的厚度＝0.5～2：1。例如，正极活性涂层的厚度：碳量子点涂层的厚度＝0.5：1、正极活性涂层的厚度：碳量子点涂层的厚度＝1：1、正极活性涂层的厚度：碳量子点涂层的厚度＝1.5：1或正极活性涂层的厚度：碳量子点涂层的厚度＝2：1等。
优选地，正极活性涂层包括胶粘剂B，胶粘剂A和胶粘剂B为同种胶粘剂。选择同种胶黏剂能够维持良好的胶层内聚力，保证胶黏剂具有较好的剥离强度。
根据本发明的第三个方面，提供一种电池，电池包括正极片和负极片，正极片为如上所述的正极片。
本发明提供的正极片所采用的复合铝箔集流体不仅具有良好的导电性还具有良好的耐腐蚀性，从而使得应用该正极片制备得到的电池具有良好的电化学特性以及结构稳定性。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例和实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例通过设置不同的处理组，制备软包电池，所设置的处理组分别标记为处理组1A、处理组2A、处理组3A、处理组4A、处理组5A、处理组6A、处理组7A、处理组8A。
处理组1A用于制备软包电池的步骤具体如下：
1.碳量子点的制备
配置浓度皆为0.5mol/L的乙二胺和柠檬酸溶液，按照体积比计算，取乙二胺：柠檬酸＝1：1，将两种溶液混合，放入高温反应釜中，在200℃下水热反应12h，使用孔径为10nm的滤膜将反应液过滤，得到碳量子点溶液，将所得碳量子点溶液冷藏12h，随后冷冻干燥24h，得到碳量子点。
2.复合铝箔集流体的制备
S1.在常温下于搅拌釜中将聚偏二氟乙烯(PVDF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合，按照质量比计算，PVDF：NMP＝3：50，搅拌30min，其中公转转速为20rpm，分散转速为800rpm。将由此形成的浆液分散均匀后加热至45℃，然后向其中投入本实施例制得的碳量子点，碳量子点的投料量满足原料汇总PVDF：碳量子点＝3：0.5的质量比，随后将对浆液搅拌的转速调整公转转速为25rpm、分散转速为1500rpm，保持45℃恒温搅拌2小时，制得碳量子点胶液。
S2.将适量的碳量子点胶液通过挤压式涂布的方式均匀的涂覆在铝箔的上、下层，在40℃下恒温干燥，从而在铝箔的表面成型碳量子点涂层，由此制得复合铝箔集流体，其中铝箔厚度为12μm，碳量子点涂层厚度为1.5μm。
3.制备锂离子电池
(1)制备正极片
利用上述制得的复合铝箔集流体作为正极片的集流体。取磷酸铁锂、Super P、PVDF与适量的NMP溶剂混合制备成正电极浆料，按照质量比计算，磷酸铁锂：Super P：PVDF＝8:1:1，然后将正电极浆料均匀地涂覆在复合铝箔集流体的碳量子点涂层的表面，经干燥后形成正极活性涂层得到复合铝箔集流体正极片，其中，正极活性涂层的厚度＝1.5μm。
(2)制备负极片
取石墨、Super P、CMC、SBR与适量的水混合制备成负电极浆料，按照质量比计算，石墨：Super P：CMC：SBR＝8:1:0.5:0.5，然后将负电极浆料均匀地涂敷在铜箔上，经干燥后形成负极活性涂层得到负极极片。
(3)电池组装
将上述正极片、负极片与隔膜一起经过卷绕工艺得到裸电芯，对裸电芯经过封装、注液、静置、化成、分容的操作，制得软包电池。其中，所采用的隔膜为市售的聚乙烯膜，所采用的电解液为市售电解液。
处理组2A、处理组3A参照处理组1A所提供的方式制备软包电池，与处理组1A构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的过程中，处理组2A、处理组3A通过调整S2中的碳量子点胶液涂布量，以在铝箔的表面成型厚度不同的碳量子点涂层。除上述区别以外，处理组2A、处理组3A用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1A严格保持一致。
处理组4A～8A参照处理组1A所提供的方式制备软包电池，与处理组1A构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的过程中，处理组4A～8A所配制的碳量子点胶液中的碳量子点含量不同，从而使得在铝箔表面形成的碳量子点涂层中的碳量子点含量不同。除上述区别以外，处理组4A～8A用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1A严格保持一致。
本实施例各处理组所制得的软包电池中，正极片所包括的复合铝箔集流体上的碳量子点涂层的厚度以及碳量子点含量如表1所示。
表1.处理组1A～8A制备复合铝箔集流体的具体情况
对比例1
本对比例与实施例1的处理组1A构成区别的是，采用普通的铝箔作为电池正极的集流体，以制备软包电池，在该软包电池的正极片中，作为集流体的铝箔与正极活性涂层之间没有设置碳量子点涂层。
本对比例制备软包电池的步骤具体如下：
(1)制备正极片
利用普通铝箔作为正极片的集流体。取磷酸铁锂、Super P、PVDF与适量的NMP溶剂混合制备成正电极浆料，按照质量比计算，磷酸铁锂：Super P：PVDF＝8:1:1，然后将正电极浆料均匀地涂覆在铝箔集流体的表面，经干燥后形成正极活性涂层得到复合铝箔集流体正极片，其中，正极活性涂层的厚度＝1.5μm。
(2)制备负极片
取石墨、Super P、CMC、SBR与适量的水混合制备成负电极浆料，按照质量比计算，石墨：Super P：CMC：SBR＝8:1:0.5:0.5，然后将负电极浆料均匀地涂敷在铜箔上，经干燥后形成负极活性涂层得到负极极片。
(3)电池组装
将上述正极片、负极片与隔膜一起经过卷绕工艺得到裸电芯，对裸电芯经过封装、注液、静置、化成、分容的操作，制得软包电池。其中，所采用的隔膜为市售的聚乙烯膜，所采用的电解液为市售电解液。
对比例2
本对比例与实施例1的处理组1A构成区别的是，采用普通的铝箔作为电池正极的集流体，并将碳量子点加入正电极浆料中，使碳量子点参与正极活性涂层的构成，由此制备软包电池，在该软包电池的正极片中，作为集流体的铝箔与正极活性涂层之间没有设置碳量子点涂层，并且正极活性涂层中含有碳量子点，该碳量子点的制备方法与实施例1的处理1A提供的碳量子点制备方法相同。
本对比例制备软包电池的步骤具体如下：
(1)制备正极片
利用普通铝箔作为正极片的集流体。取碳量子点、磷酸铁锂、Super P、PVDF与适量的NMP溶剂混合制备成正电极浆料，按照质量比计算，磷酸铁锂：Super P：PVDF＝8:1:1，在本对比例中碳量子点的用量与实施例1的处理组1A中所采用的碳量子点用量相同，然后将正电极浆料均匀地涂覆在铝箔集流体的表面，经干燥后形成正极活性涂层得到复合铝箔集流体正极片，其中，正极活性涂层的厚度＝1.5μm。
(2)制备负极片
取石墨、Super P、CMC、SBR与适量的水混合制备成负电极浆料，按照质量比计算，石墨：Super P：CMC：SBR＝8:1:0.5:0.5，然后将负电极浆料均匀地涂敷在铜箔上，经干燥后形成负极活性涂层得到负极极片。
(3)电池组装
将上述正极片、负极片与隔膜一起经过卷绕工艺得到裸电芯，对裸电芯经过封装、注液、静置、化成、分容的操作，制得软包电池。其中，所采用的隔膜为市售的聚乙烯膜，所采用的电解液为市售电解液。
测试例1
1.测试对象
实施例1的处理组1A～8A以及对比例1、对比例2所制得的软包电池。
2.测试方法
1C/1C循环测试：在25℃下，将制备得到的电池以1C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，循环1400圈，记录容量保持率。
3.测试结果及分析
本测试例的测试结果如表2所示。在参试对象中，对比例1提供的软包电池中，用于制备正极集流体的仅为普通的铝箔，其正极片中也不涉及碳量子点的应用，对比例1对应的不同情况下的容量保持率均为所有测试对象中的最低值。其原因在于，在进行循环充放电的过程中，随着电池反应的进行，会产生如HF、水等副产物，这些副产物均会对作为正极片中的铝箔起到一定的腐蚀作用，导致了对比例1所提供的软包电池所表现出的循环性能不佳。与对比例1相比，实施例1的处理组1A～8A所制得的软包电池的循环性能有不同程度上的改善。其原因在于，实施例1处理组1A～8A所制得的软包电池中，正极片所采用的集流体为在铝箔的表面上设置的碳量子点涂层的复合铝箔集流体，碳量子点涂层中的碳量子点表面被氨基修饰，由此，在循环充放电的过程中，这些碳量子点能够有效地抑制电池反应副产物HF和水对铝箔的腐蚀，从而改善了软包电池的循环特性。
在实施例1处理组1A～处理组8A中，处理组1A对应的电池循环特性最佳。通过比对实施例1的处理组1A～3A可发现：处理组2A所制得的复合铝箔集流体上的碳量子点涂层过薄，其对铝箔所能够提供的保护作用较弱；而处理组3A所制得的复合铝箔集流体上的碳量子点涂层过厚，使得电极的结构稳定性相比起处理组1A而言有所欠缺，这导致了处理组3A所制得的软包电池的循环性能相比起处理组1A略差。而在实施例1的处理组1A、4A～8A中，所制得的复合铝箔集流体上的碳量子点涂层中的碳量子点含量不同，从测试结果看：在碳量子点涂层中的碳量子点含量小于20％的范围内，随着碳量子点涂层中的碳量子点含量提高，软包电池的整体循环性能逐渐提升；当碳量子点涂层中的碳量子点含量达到13.8％时(对应实施例1处理组1A)，对应的软包电池整体循环性能达到最佳，继续提高碳量子点胶液的浓度为1.2％，而碳量子点涂层中碳量子点的含量则达到17.6％，由于碳量子点胶液浓度较高使得碳量子点分散不均匀，因此即使进一步提高碳量子点涂层中的碳量子点的含量，软包电池整体循环性能变化不明显；而继续提高碳量子点涂层中碳量子点的含量至达到21.2％，发现对应软包电池的循环性能反而有所下降。浓度效应对碳量子点的性能发挥起着重要的影响作用，综合考虑各方面情况而言，在本发明所提供的复合铝箔集流体中，使碳量子点胶液中的碳量子点含量介于0.5％～1％，碳量子点涂层中的碳量子点含量介于5％～20％时，有利于碳量子点充分地发挥其作用效果。
此外，由于碳量子点具有优良的导电性，处理组1A～8A通过在铝箔的表面设置碳量子点涂层，也能够达到增加正极集流体的电导率、优化软包电池的电化学性能的技术效果。如上所述，在实施例1处理组1A～处理组8A中，处理组1A对应的电池循环特性最佳，而对比例2为对照实施例1处理组1A所设置的，在整个正极结构中，对比例2和实施例1处理组1A所应用的碳量子点的量相等，两者所制得的软包电池，在实验初期，都能够表现出较对比例1的软包电池更优的电化学特性，这是由于碳量子点优良的导电性所导致的，然而，随着实验推进，对比例2的软包电池和实施例1处理组1A的软包电池对应的循环特性差异逐渐增大，其原因在于，对比例2将碳量子点掺杂在正极活性涂层中，使碳量子点对铝箔的保护效果有所折损，难以在循环充放电的过程中对铝箔起到有效的保护。
表2.测试例1的循环测试结果
实施例2
本实施例通过设置不同的处理组，制备软包电池，所设置的处理组分别标记为处理组1B、处理组2B、处理组3B、处理组4B、处理组5B、处理组6B、处理组7B。
处理组1B用于制备软包电池的步骤与实施例1的处理组1A完全一致。
处理组2B、处理组3B参照处理组1B所提供的方式制备软包电池，与处理组1B构成区别的是，在制备碳量子点的过程中，改变水热反应的反应温度。除上述区别以外，处理组2B、处理组3B用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1B严格保持一致。
处理组4B～7B参照处理组1B所提供的方式制备软包电池，与处理组1B构成区别的是，在制备碳量子点的过程中，改变原料中乙二胺和柠檬酸的质量比。除上述区别以外，处理组4B～7B用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1B严格保持一致。
本实施例各处理组在制备软包电池的过程中，所应用的碳量子点的具体情况如表3所示。
表3.处理组1B～8B所采用的碳量子点的合成条件
| 组别 | 水热反应温度 | 水热反应的原料组成(质量比) |
| 处理组1B | 200℃ | 乙二胺：柠檬酸＝1:1 |
| 处理组2B | 180℃ | 乙二胺：柠檬酸＝1:1 |
| 处理组3B | 220℃ | 乙二胺：柠檬酸＝1:1 |
| 处理组4B | 200℃ | 乙二胺：柠檬酸＝0.5:1 |
| 处理组5B | 200℃ | 乙二胺：柠檬酸＝0.8:1 |
| 处理组6B | 200℃ | 乙二胺：柠檬酸＝1:1.2 |
| 处理组7B | 200℃ | 乙二胺：柠檬酸＝1:1.5 |
对比例3
本对比例参照实施例2处理组1B所提供的方式制备软包电池，与处理组1B构成区别的是，在制备碳量子点的过程中，用于制备碳量子点的原料中不含有乙二胺，其原料由柠檬酸构成，原料的总质量与实施例2处理组1B用于制备碳量子点的原料的总质量相等。除上述区别以外，处理组2B、处理组3B用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1B严格保持一致。
测试例2
1.测试对象
实施例2的处理组1B～7B以及对比例3所制得的软包电池。
2.测试方法
1C/1C循环测试：在25℃下，将制备得到的电池以1C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，循环1400圈，记录容量保持率。
3.测试结果及分析
本测试例的测试结果如表4所示。在对比例3中，用于制备碳量子点的原料中不含有乙二胺，因此，在所制得的碳量子点的表面并没有被氨基修饰，利用由此得到的碳量子点所制作的碳量子点涂层对铝箔的保护效果不佳，由此，在测试例2测试的过程中，对比例3的软包电池表现出的循环性能最差。通过对比处理组1B～3B所制得的软包电池的容量保持率，可以发现，三者存在较为明显的差异，其原因在于，碳量子点的合成过程中，合成温度会对反应物的反应程度、产物的粒径产生复杂而又综合的影响，最终影响了碳量子点产物的产品特性，通过对比，当水热反应的反应温度设定在200℃时，所制得的碳量子点所形成的碳量子点涂层对铝箔的保护效果最佳，对应的软包电池的循环特性最佳。另外，处理组1B、4B～7B所制得的软包电池的容量保持率也存在一定的差异，在这些处理组中，反应物中乙二胺和柠檬酸的配比不同，导致了水热反应后所制得的碳量子点的氨基化程度有所区别，进而使得应用这些碳量子点所形成的碳量子点涂层对铝箔的保护程度构成差异，经过实验结果表明，当用于制备碳量子点的原料中乙二胺和柠檬酸按照1:1的质量比复配，所制得的碳量子点所形成的碳量子点涂层对铝箔的保护效果最佳。
表4.测试例2的循环测试结果
实施例3
本实施例通过设置不同的处理组，制备软包电池，所设置的处理组分别标记为处理组1C、处理组2C、处理组3C、处理组4C、处理组5C。
处理组1C用于制备软包电池的步骤与实施例1的处理组1A完全一致。
处理组2C参照处理组1C所提供的方式制备软包电池，与处理组1C构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的S1中，直接将PVDF和碳量子点同时投入NMP中制备碳量子点胶液，并利用该碳量子点胶液制作复合铝箔集流体。除上述区别以外，处理组2C用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1C严格保持一致。
处理组3C参照处理组1C所提供的方式制备软包电池，与处理组1C构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的S1中，将配制碳量子点胶液的过程温度由45℃改为25℃。除上述区别以外，处理组3C用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1C严格保持一致。
处理组4C参照处理组1C所提供的方式制备软包电池，与处理组1C构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的S1中，将配制碳量子点胶液的过程温度由45℃改为35℃。除上述区别以外，处理组4C用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1C严格保持一致。
处理组5C参照处理组1C所提供的方式制备软包电池，与处理组1C构成区别的是，在制备复合铝箔集流体的S1中，将配制碳量子点胶液的过程温度由45℃改为50℃。除上述区别以外，处理组5C用于制备软包电池的物料及配比、步骤操作均与处理组1C严格保持一致。
测试例3
1.测试对象
实施例3的处理组1C～5C所制得的软包电池。
2.测试方法
1C/1C循环测试：在25℃下，将制备得到的电池以1C倍率充电、以1C倍率放电，进行满充满放循环测试，循环1400圈，记录容量保持率。
3.测试结果及分析
测试例3的测试结果如表5所示。在测试对象中，处理组1C、处理组3C、处理组4C制得的软包电池的综合循环特性较佳，三者的综合循环性能相当，然而由于处理组3C和处理组4C在制备碳量子点的过程中环境温度偏低，由此在使碳量子点溶液分散均匀的搅拌时间偏长。处理组2C在制备碳量子点胶液的过程中，没有采用分步添加PVDF、碳量子点的方式，导致了碳量子点在碳量子点胶液中的分散效果较差，对碳量子点涂层后续对铝箔的保护效果产生了不利的影响，从而使得处理组2C制得的软包电池的循环特性相较于处理1C所制得的软包电池的循环特性而言略差。而处理组5C在制备碳量子点胶液的过程中环境温度过高，从而使得部分碳量子点受热失效，使碳量子点涂层对铝箔的保护效果发生了折损，导致了处理组5C制得的软包电池的循环特性相较于处理1C所制得的软包电池的循环特性而言略差。
表5.测试例3的循环测试结果
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种复合铝箔集流体，其特征在于：所述复合铝箔集流体包括铝箔层和碳量子点涂层，所述铝箔层的至少一个表面上设置有所述碳量子点涂层，所述碳量子点涂层中含有碳量子点，所述碳量子点的表面被氨基修饰。
2.如权利要求1所述复合铝箔集流体，其特征在于，所述碳量子点的制备方法包括：利用水热反应制备所述碳量子点，其中，制备所述碳量子点的原料中包括含氮碳源。
3.如权利要求2所述复合铝箔集流体，其特征在于：所述水热反应的反应温度为180～220℃，反应时间为10～15小时。
4.如权利要求3所述复合铝箔集流体，其特征在于：所述水热反应的反应温度为200℃。
5.如权利要求4所述复合铝箔集流体，其特征在于：在所述碳量子点涂层中，所述碳量子点的面密度为0.5～2g/m2。
6.如权利要求5所述复合铝箔集流体，其特征在于：在所述碳量子点涂层中，所述碳量子点涂层的厚度为1～2μm，所述碳量子点所占的质量百分比为5～20wt％。
7.如权利要求5所述复合铝箔集流体，其特征在于：所述碳量子点涂层还包括胶粘剂A，所述胶粘剂A的质量占所述碳量子点涂层的质量的80～95wt％。
8.如权利要求8所述复合铝箔集流体，其特征在于，所述碳量子点涂层的成型方法包括如下步骤：
S1.将所述胶粘剂A与溶剂按照所述胶粘剂A：所述溶剂＝1～5:50的质量比混合配制含有所述胶粘剂A的浆液，将浆液加热到40～50℃，向其中加入碳量子点，然后继续保温1～3小时，形成碳量子点胶液；
S2.通过涂布操作将所述碳量子点胶液涂覆在所述铝箔层的至少一个表面上，烘干，以在所述铝箔层的表面形成所述碳量子点涂层。
9.一种正极片，其特征在于：包括如权利要求1～8任一项所述复合铝箔集流体和正极活性涂层，所述复合铝箔集流体以所述碳量子点涂层与所述正极活性涂层复合。
10.一种电池，其特征在于：所述电池包括正极片和负极片，所述正极片为如权利要求9所述正极片。
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| CN117913286A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-19 | 江阴纳力新材料科技有限公司 | 一种复合铜基集流体及其制备方法和锂离子电池 |
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