[发明专利]一种三维网状铜集流体的制备方法

说明书

本发明涉及一种三维网状铜集流体的制备方法，包括如下步骤：1)选用聚合物聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚乳酸或聚酰亚胺作为溶质，以水或有机溶剂作为溶剂，得到均一溶液作为待纺丝溶液；2)将待纺丝溶液进行电纺，得到直径为100nm～2μm的三维网状结构的纤维；3)首先对步骤2)所得的三维网状结构的纳米纤维进行粗化、敏化和活化，然后在纳米纤维表面镀覆一层厚度为0.1～1μm的铜层；4)以步骤3)中所得的镀覆铜后的纤维作为阴极，以铂、钛或者不锈钢作为阳极，于纤维的表面电沉积一铜层得铜纤维，控制铜纤维的直径为1～6μm；5)将步骤4)中所得的铜纤维压实，得厚度为8～15μm的三维网状结构的铜集流体。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极集流体的制备方法，尤其涉及一种三维网状铜集流体的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

人类正面临着石化资源枯竭和生存环境恶化的双重挑战，世界各国正在加快研发、推进新型清洁能源。锂离子电池以其高比能量密度、相对高的安全性等优点，目前已大范围的应用在便携式电子设备，电动汽车以及储能等领域。作为锂离子动力电池，为了满足电动汽车对续航里程不断提升的要求，对电池的能量密度和倍率性能提出了更高的要求。

锂离子电池的关键部件包括正极、负极、电解液、隔膜和集流体。目前正极集流体一般采用铝箔，负极集流体多采用铜箔。为了提升电池的比能量密度，理论能量密度更高的电极材料被设计开发出来，同时厚度更薄、质量更轻的集流体逐步成为趋势。设计一种具有三维网状结构的铜集流体，一方面可以将负极材料直接填充在网状集流体内，大幅度提升电池的能量密度；另一方面，铜集流体与负极材料合二为一，做到负极材料与三维网状铜亲密接触，可以有效提升电池的倍率性能。

申请号为201810739579.1的中国专利申请公开了一种三维混合离子电子导体集流体及其制备方法，其制备方法为：(1)前驱体溶液配制：将用于形成电子导体的高分子聚合物、用于形成离子导体的金属盐和络合剂溶于溶剂中，搅拌直至获得均一溶液；所述高分子聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚丙烯腈，其在前驱体溶液中的浓度为0.05～0.20kg/L；所述金属盐为能够形成LLZO、LLTO或LATP纳米陶瓷颗粒的金属盐，所述金属盐在前驱体溶液中的浓度按化学计量比能够换算为0.05～0.15mol/L的LLZO、LLTO或LATP纳米陶瓷颗粒；所述络合剂为柠檬酸，其在前驱体溶液中的浓度为0.10～0.30mol/L；(2)静电纺丝：将步骤(1)配好的前驱体溶液通过静电纺丝仪制备绝缘的静电纺丝膜；(3)高温煅烧：将步骤(2)得到的静电纺丝膜在180～250℃空气中预氧化3～5h，升温速率1～5℃/min；后在800～1000℃保护气中煅烧3～5h，升温速率5～10℃/min，完全结晶、碳化后，得到三维混合离子电子导体集流体。该方法中用于形成离子导体的金属盐在静电纺丝过程中通过原子、分子间的吸引力吸附于三维结构的静电纺丝膜上，在高温煅烧过程中三维结构的网状集流体结构结晶、碳化，用于形成离子导体的金属盐被氧化生成陶瓷氧化物，虽然所得的三维混合离子电子导体集流体使锂金属负极在高容量(20mAhcm^-2)、大电流密度(5mA cm^-2)下能够长时间稳定循环，但是其韧性和抗拉强度严重不足，无法有效填充电极材料，更无法压实，无法保证锂离子电池生产过程的连续化。

发明内容

本发明针对现有锂离子电池负极用铜集流体所存在的不足，提供一种三维网状铜集流体的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种三维网状铜集流体的制备方法，包括如下步骤：

1)前驱体溶液的配制：选用聚合物聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯、聚乳酸或聚酰亚胺作为溶质，以水或有机溶剂作为溶剂，搅拌混合均匀得到均一溶液作为待纺丝溶液；

2)静电纺丝：将待纺丝溶液进行电纺，得到直径为100nm～2μm的三维网状结构的纳米纤维；