[发明专利]一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体及其制备方法。该铜微米管多孔集流体，由阵列排布的空心铜微米管相互连接而成；所述空心铜微米管呈圆柱状，且具有粗糙的内外管壁。该制备方法包括：（1）镀铜碳纤维的制备；（2）镀铜碳纤维的烧结成型；（3）成型镀铜碳纤维芯部的高温热解；（4）氧化铜微米管的表面还原处理。本发明的铜微米管多孔集流体增大了与活性物质之间的有效接触面积，能够有效减小集流体与活性物质之间的接触电阻，从而提升电池的可逆容量；铜微米管粗糙的内外表面有利于提高集流体与活性物质之间的结合强度，改善活性物质的粉化脱落现象，从而提高电池充放电容量的稳定性与电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的出现，加速了现代电子信息产业向便携化、轻型化发展。锂离子电池因其具有开路电压高、能量密度大、自放电率小、使用寿命长、无记忆效应、无污染等优异性能，已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、MP3等便携式消费电子设备上，但其在电动汽车、能量储存装置等大型设备上的应用仍处于发展阶段。

锂离子电池集流体对电池的内阻及循环性能有着非常重要的影响，它既是电极活性材料的载体，在电化学反应过程中汇集电流，又是内外电路传输电子的媒介。其应该具有导电能力良好、在电解液中的稳定性好、与电极材料接触可靠等特点。目前工业上负极集流体一般采用铜箔，普通的电解铜箔通常只具有双面光、双面毛、单面毛、双面粗化等几种类型。传统的电极片制作直接将活性物质涂布于没有特殊结构的铜箔上，活性物质与集流体的结合属于普通的机械结合，因此存在结合强度不高，有效接触面积不足等缺点，这会使得活性物质与集流体之间的接触电阻增大，降低电池的工作效率。在循环充放电的过程中，活性物质中反复进行嵌锂和脱锂反应，会产生较大的体积膨胀和收缩效应，容易造成活性物质逐渐粉化和脱落，降低电池的可逆容量和循环寿命，影响电池的综合性能。

随着目前对大容量高功率的锂离子电池的开发需求越来越大，新型负极集流体的研究也受到了更多关注。为了提高活性物质与集流体的结合强度和电极的导电性能，研究具有表面微细功能结构的集流体的设计与制造工艺，使其与活性物质颗粒之间形成相互紧密啮合的界面，从而减小活性物质与集流体之间的接触电阻，降低活性物质体积变化带来的容量衰减等问题引起了广泛的研究。例如有学者通过激光加工成型制备了具有微盲孔结构的铜集流体，还有通过固相烧结制备了表面微球结构的铜集流体，测试表明这两种结构能提供高效的约束力来抑制电极材料的体积膨胀效应，锂离子电池的电化学性能及力学性能均得到改善。

发明内容

为了提高锂离子电池中集流体与活性物质的结合强度，减小两者之间的接触电阻，提高电极导电能力，从而提高电池的可逆容量、循环寿命等电化学性能，本发明提供了一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体。

本发明还提供了所述一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体的制备方法。

本发明通过如下技术方案实现。

一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体，由阵列排布的空心铜微米管相互连接而成；所述空心铜微米管呈圆柱状，且具有粗糙的内外管壁；所述铜微米管之间的连接方式为固相连接。

所述的一种用于锂离子电池的铜微米管多孔集流体的制备方法，包括镀铜碳纤维的制备、镀铜碳纤维的烧结成型、成型镀铜碳纤维芯部的高温热解和氧化铜微米管的表面还原处理。

进一步地，所述镀铜碳纤维的制备，包括如下步骤：

（1）表面除胶及氧化处理：将碳纤维置于高温电阻炉中，空气气氛下进行灼烧，去离子水冲洗，真空干燥，得到表面除胶及有腐蚀坑和腐蚀纹理的碳纤维，从而提高铜镀层的附着力及铜镀层与碳纤维界面间的机械结合强度；