[发明专利]一种粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体及其制备方法

说明书

（一）      技术领域

    本发明涉及一种粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体及其制备方法。

（二）      背景技术

    近十年来，锂离子电池已广泛应用于消费类电子设备，电动汽车，备用储能，智能电网等领域。2012年整个锂离子电池市场规模达到640亿元人民币，锂离子电池已与人民的日常生活息息相关。通常，锂离子电池由电极、电解液、隔膜和电池壳组成，而电极通常是将阴极（正极）、阳极（负极）活性材料与导电剂（碳）、粘结剂等按比例混合，分别喷涂在铝箔、铜箔集流体上。当大电流充放电时（快充快放），活性材料很容易从集流体基底上脱落下来，导致活性材料失效，电池的电化学倍率、循环等性能降低。最近，部分研究人员（Nat. Mater. 2006, 5, 567；Electrochem. Commun. 2008, 10, 1467；Adv. Mater. 2010, 22, 4978）将铝、铜集流体粗糙成三维纳米棒阵列结构，再负载锂离子电池活性材料，表现出良好的导电性，超高的比表面积，增大的电极/电解液的接触面积，缩短的锂离子扩散路径，进而表现出优异的电化学性能。这种直接粗糙负载锂离子电池活性材料的集流体的方法，能极大地改善电极材料与活性材料之间的结合力，增强其导电性能，是提高锂离子电池电化学性能的有效途径之一；但是，这种制备方法存在制备程序复杂，需要模板，难以商业化等问题。

（三）      发明内容

    本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种不需要模板、制备程序简单的粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体，还提供了其制备方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体，其特征是：其由直接生长在锂离子电池用铜箔基底上的铜微纳米齿轮片组成。

一种制备上述的粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的方法，其特征是，步骤如下：

1）、将锂离子电池用铜箔覆盖在氨水溶液的上方1～3 cm，进行氨水熏制，控制氨水的浓度，氨水熏制温度及时间，得蓝色的Cu(OH)₂微纳米齿轮片；

2）、室温下，将蓝色的Cu(OH)₂微纳米齿轮片放入反应炉中，在氢气氛下热还原得粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体。

所述氨水由质量浓度为25%的浓氨水加水稀释而成，浓氨水与水的体积比为1:1～8。

氨水熏制的温度为5～40℃，氨水熏制的时间为0.5～12h。

热还原的温度为150～200℃，热还原时间为5～15h。

热还原时采用的氢气由氢气发生器产生。

所述锂离子电池用铜箔在反应之前要进行预处理，其预处理过程如下：将锂离子电池用铜箔放入乙醇中，超声清洗，干燥后备用。

本发明的原理是运用金属Cu与弱碱溶液的蒸汽（氨水NH₃·H₂O）的络合作用，在Cu基底上直接生长出Cu(OH)₂微纳米齿轮片，再用氢气（H₂）热还原Cu(OH)₂阵列，得粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体。具体的化学反应如下：

                                (1)

                               (2)

                           (3) 

                                  (4)

本发明的有益效果是：

本发明制备的粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体形貌结构可控，具有良好的导电性，超高的比表面积，有利于增强集流体与负载的活性材料之间的粘结性，表现出良好的电化学性能，并且其制备方法的反应温度低，无模板，制备程序简单，具有大规模工业生产的美好前景。

（四）      附图说明

图1为实施例一中粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的X射线衍射图（XRD）；

图2为实施例一中粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的表面低倍率扫面电镜图（SEM）； 

图3为实施例一中粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的表面高倍率扫面电镜图（SEM）；

图4为实施例一中粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的截面扫面电镜图（SEM）。

图5为实施例二中粗糙化的锂离子电池用铜箔集流体的表面扫面电镜图（SEM）；