CN206040854U - 一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 - Google Patents
一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN206040854U CN206040854U CN201621044213.5U CN201621044213U CN206040854U CN 206040854 U CN206040854 U CN 206040854U CN 201621044213 U CN201621044213 U CN 201621044213U CN 206040854 U CN206040854 U CN 206040854U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current collector
- aluminum foil
- positive electrode
- battery
- ion battery
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 44
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 44
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 76
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 71
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 59
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 12
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims description 10
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011255 nonaqueous electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 abstract description 5
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 abstract description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 abstract description 3
- 239000005030 aluminium foil Substances 0.000 abstract 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 abstract 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 33
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 17
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 17
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 17
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 8
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 8
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- 238000007581 slurry coating method Methods 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 229910001290 LiPF6 Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 150000002641 lithium Chemical class 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N [Mn].[Co].[Ni] Chemical compound [Mn].[Co].[Ni] KFDQGLPGKXUTMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K lithium iron phosphate Chemical compound [Li+].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O GELKBWJHTRAYNV-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229940116007 ferrous phosphate Drugs 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 229910000155 iron(II) phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H iron(ii) phosphate Chemical compound [Fe+2].[Fe+2].[Fe+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O SDEKDNPYZOERBP-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Abstract
本实用新型涉及一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置，涉及高功率的锂离子电池，属于二次电池技术领域。一种锂离子电池正极用集流体，包括铝箔材基体，所述铝箔材基体表面为粗糙表面，其上具有高度为0.5～5微米的微凸体，在铝箔材基体的至少一个表面上沉积石墨烯层。本实用新型提供的集流体，第一该石墨烯层与铝箔材基体具有良好结合力，增加集流体的导电性，提高电极寿命；第二石墨烯层极大地提高集流体与电极活性物质的粘合力，减小集流体与活性物质的界面接触电阻，从而提高锂离子电池的高功率放电能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锂离子电池正极用集流体及包含该集流体的电池，制备该集流体的装置，涉及高功率的锂离子电池，属于二次电池技术领域。
背景技术
锂离子电池是一种高性能的二次电池，具有工作电压高、体积及能量密度大、使用寿命长和自放电小等优点，被广泛地运用于各种数码产品、移动通信设备和动力工具等领域。随着锂离子电池在电动汽车和电动载运工具上的应用，对锂离子电池的高速放电能力，即高功率电池的要求越来越高。电极极片的导电性直接影响电池的输出功率。
集流体是一种锂离子电池中汇集电流的结构或部件，主要功能是将电池活性物质产生的电流汇集起来，提供电子通道，加快电荷转移，提高充放电库伦效率。作为集流体需要满足电导率高、机械性能好、质量轻、内阻以及与活性物质面接触电阻小等特点。
锂离子电池的正极极片是由集流体和涂覆在其表面的活性正极物质构成。活性物质添加碳类导电剂和粘结剂制成浆料，涂覆在集流体的表面。作为动力电池，常用的正极集流体采用铝箔，常用的正极活性物质采用安全、稳定的磷酸亚铁锂或三元材料。但是磷酸亚铁锂和三元材料作为高功率锂离子电池正极材料，导电能力不足，需加入较大量的碳类导电剂，并且活性物质与集流体的结合力也显不足，电池的高速放电能力和寿命有待进一步提高。
石墨烯是碳的一种单质，与金刚石、石墨等同为碳的同素异形体。石墨烯具有完美的二维结构，其具有良好的电子导电性能，同时它还是一种超轻质材料。将石墨烯涂覆于集流体基体表面，将有利于减小活性物质层与集流体的接触电阻、提高集流体与活性物质层的结合力，提高集流体的电流收集能力和电极的导电能力，从而提高锂离子电池的高速放电能力。
公开号为CN 104319364 A的发明专利申请公开了一种降低电池直流内阻的正极片及其制备方法，该正极片由铝箔与交替设置在铝箔的任意一面或两面上的单一石墨烯涂层、含有纳米碳纤维浆料涂层构成，上述的单一石墨烯涂层由单一石墨烯浆料涂覆形成，上述的含有纳米碳纤维浆料涂层由含有纳米碳纤维浆料形成。该含有纳米碳纤维浆料是由活性物质、粘结剂、溶剂、纳米碳纤维形成的浆料。该发明的石墨烯层是通过浆料涂覆形成。
公开号为CN 102208598 A的发明专利公开了一种石墨烯涂层改性的锂二次电池的电极极片，包括集流体箔材，在所述集流体箔材的两面涂覆有石墨烯层，在所述石墨烯层上涂覆有电极活性材料层。该发明的石墨烯涂层改性的锂二次电池极片，所述电极极片包括集流体箔材以及在集流体箔材的两面涂覆的石墨烯层、以及涂覆在石墨烯层上的电极活性材料层，由此得到的石墨烯改性锂二次电池极片，由于石墨烯具有较好的导电性和导热性能，因此，提高了电极极片的导电性和电池综合性能。该发明的石墨烯层亦是通过浆料涂覆形成。
公告号为103545530 B的发明专利公开了一种应用于电池中的集流体，其包括一石墨烯膜及一支撑结构，该石墨烯膜设置于该支撑结构的表面，所述石墨烯膜包括至少一层石墨烯。该发明进一步提供一种应用该集流体的锂离子电池。该发明的特征为集流体表面至少一层石墨烯和含有碳纤维的活性物质层。石墨烯膜为浆料涂覆形成或者热压形成。
发明内容
为解决以上技术方案的不足，本实用新型提供一种锂离子电池正极用石墨烯改性集流体以及应用该集流体的锂离子电池，用于改善集流体与电极活性物质层的结合力和减小接触电阻，提高锂离子电池正极片的导电能力，从而提高锂离子电池的高功率放电能力。
一种锂离子电池正极用集流体，包括铝箔材基体，所述铝箔材基体表面为粗糙表面，其上具有高度为0.5～5微米的微凸体，在铝箔材基体的至少一个表面上沉积石墨烯层。
为改善活性物质层与正极集流体的结合力和集流体导电性，本实用新型采用微波等离子气相沉积的方法在铝箔材基体上制备石墨烯改性层，制成石墨烯改性的锂离子电池正极集流体以及用该集流体的锂离子电池，利用石墨烯的高导电性和接触电阻小的特性，实现锂离子电池的高功率放电。
上述技术方案中，所述铝箔材基体表面为粗糙表面，其上具有高度为0.5～5微米的微凸体，在铝箔材基体表面单面或双面上沉积石墨烯层。
上述技术方案中，优选在铝箔材基体的至少一个表面上通过微波等离子化学气相沉积方法沉积石墨烯层，进一步地，优选所述铝箔材基体表面单面或双面通过微波等离子化学气相沉积方法沉积石墨烯层。
进一步地，所述微波等离子化学气相沉积方法为：
所述方法在微波等离子化学气相沉积装置中进行：
1)将铝箔材基体置于真空容器共振腔，铝箔材基体连接阴极，真空容器为阳极；
2)排空真空容器内的空气；同时，将铝箔材基体加热到280～600℃；
3)在反应温度和0.1～5Pa氩气气压下，在铝箔材基体上施加直流脉冲电压，形成等离子体，处理铝箔材基体10～30分钟，活化铝箔材基体表面，其中，铝箔材基体上施加的直流脉冲电压值为400～600V；
4)铝箔材基体经活化处理后，真空容器共振腔中导入2.4GHz微波和碳氢气体与氩气的混合气体，保持温度为280～600℃，气氛压力为0.5Pa～10Pa下，沉积处理10分钟～60分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材表面沉积有石墨烯层的锂离子电池正极用集流体，
其中，所述碳氢气体为甲醇或乙醇气体中的一种。
上述技术方案中，所述“排空真空容器内的空气”按下述方法进行：将真空容器抽真空至0.1Pa以下，充入氩气至50～70Pa，反复3次，然后抽真空至0.1Pa以下。
进一步地，优选将真空容器抽真空至0.05～0.1Pa，充入氩气至50～70Pa，反复3次，然后抽真空至0.1～5Pa。
本实用新型所述锂离子电池正极用集流体所有技术方案中，优选所述碳氢气体与氩气的混合气体中碳氢气体：氩气的体积比为1:0.2～1:2。
本实用新型所述锂离子电池正极用集流体所有技术方案中，优选所述铝箔材基体的厚度为8微米～40微米，所述的石墨烯层的厚度为0.1微米～20微米。
本实用新型的又目的是提供一种包含上述集流体的锂离子电池。
一种锂离子电池，所述电池包括电极组和非水电解液，所述电极组和非水电解液密封在电池包装内；所述电极组包括正极、负极及隔膜；所述正极包括正极集流体及涂覆和/或填充在正极集流体上的正极活性材料；所述负极包括负极集流体及涂覆和/或填充在负极集流体上的负极活性材料；所述的隔膜为高分子多孔膜或复合膜，
所述正极集流体包括铝箔材基体，所述铝箔材基体表面为粗糙表面，其上具有高度为0.5～5微米的微凸体，在铝箔材基体的至少一个表面上沉积石墨烯层。
进一步地，优选所述负极集流体为铜箔材。
本实用新型的又一目的是提供一种制备上述锂离子电池正极用集流体的装置。
一种制备所述锂离子电池正极用集流体的微波等离子化学气相沉积装置，所述装置包括真空容器，所述真空容器内为真空容器共振腔，真空容器共振腔内设有用于承载铝箔材基体的衬底支架；所述装置还包括直流电源，其中，铝箔材基体连接直流电源的阴极，真空容器连接直流电源的阳极；所述真空容器设有用于进气的进气口、用于抽真空的抽真空口及微波管，所述微波管一端连接真空容器，另一端连接微波发生器。
进一步地，所述装置包括耦合调节器，该耦合调节器用于使微波与等离子体耦合。
本实用新型的有益效果为：石墨烯是一类SP2杂化的二维结构的碳材料，具有极好的电子导电性，采用微波等离子化学气相沉积，可以实现低温石墨烯膜的制备，能够适用于锂离子电池正极的铝箔集流体上进行改性，第一该石墨烯层与铝箔材基体具有良好结合力，增加集流体的导电性，提高电极寿命；第二石墨烯层极大地提高集流体与电极活性物质的粘合力，减小集流体与活性物质的界面接触电阻，从而提高锂离子电池的高功率放电能力。
附图说明
图1为微波等离子体气相沉积装置的结构图，附图标记如下：101、微波发生器，102、微波管，103、进气口，104、等离子体，105、铝箔材基体，106、衬底支架，107、抽真空口，108、直流电源，109、耦合调节器，110、真空容器共振腔，111、真空容器。
图2为应用沉积石墨烯层的集流体的正极片的示意图，附图标记如下：1、集流体基体铝箔，2、石墨烯层，3、正极活性物质层。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
所述方法在微波等离子化学气相沉积装置中进行，下述实施例中所用微波等离子化学气相沉积装置，结构如图1所示，所述装置包括真空容器111，所述真空容器内为真空容器共振腔110，真空容器共振腔110内设有用于承载铝箔材基体105的衬底支架106；所述装置还包括直流电源108，其中，铝箔材基体105连接直流电源108的阴极，真空容器111连接直流电源108的阳极；所述真空容器111设有用于进气的进气口103、用于抽真空的抽真空口107及微波管102，所述微波管102一端连接真空容器111，另一端连接微波发生器101。所述装置包括耦合调节器109，该耦合调节器109用于使微波与等离子体104耦合。
在进行微波等离子化学气相沉积过程中，调节耦合调节器109使得微波与等离子体104耦合，形成微波等离子体进行沉积。
一种锂离子电池正极用集流体的制备方法，为微波等离子化学气相沉积方法，其过程为：
1)将铝箔材基体置于真空容器共振腔110，铝箔材基体105连接阴极，真空容器111为阳极；
2)将真空容器抽真空至0.05～0.1Pa，充入氩气至50～70Pa，反复3次，然后抽真空至0.1～5Pa；同时，将铝箔材基体加热到280～600℃；
3)在反应温度和0.1～5Pa氩气气压下，在铝箔材基体105上施加直流脉冲电压，形成等离子体104，处理铝箔材基体10～30分钟，活化铝箔材基体105表面，其中，铝箔材基体105上施加的直流脉冲电压值为400～600V；
4)铝箔材基体105经活化处理后，真空容器共振腔110中导入2.4GHz微波和碳氢气体与氩气的混合气体(碳氢气体：氩气的体积比为1:0.2～1:2)，保持温度为280～600℃，气氛压力为0.5Pa～10Pa下，沉积处理10分钟～60分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器111中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材表面沉积有石墨烯层的锂离子电池正极用集流体，
其中，所述碳氢气体为甲醇或乙醇气体中的一种。
实施例1
石墨烯改性的正极集流体制备：
(1)将清洗除油的15微米厚的铝箔材基体放置于微波等离子设备的真空共振腔，连接阴极，真空容器为阳极；
(2)真空容器抽真空至0.1Pa，充入氩气至50Pa，抽真空至0.1Pa，反复3次；同时，铝箔材基体加热到350℃温度；
(3)在1.0Pa氩气气压下，在铝箔材施加直流脉冲电压600V，用形成的等离子体活化铝箔材基体表面20分钟；
(4)真空容器共振腔中导入2.4GHz微波和碳氢气体(乙醇：氩气＝1:0.5的混合气体)，保持共振腔反应温度380℃，在2Pa的气压下，沉积处理50分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材沉积有石墨烯层的锂离子电池正极用集流体。石墨烯层厚度为3.0微米。
采用沉积有石墨烯的铝箔集流体的正极制备：将镍钴锰三元正极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯以85∶7∶8的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于制备的集流体上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得正极极片；
负极制备：将粒径为100～120纳米的碳包覆硅粉、乙炔黑、聚偏氟乙烯以80∶10∶10的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于厚度为20微米的铜箔上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得负极极片；
将经干燥后的正极、PE/PP复合隔膜、负极依次叠放后，加入电解液，电解液为LiPF6/EC∶DEC＝1∶1(Vol)，于电池包装中密封即得到锂离子电池。
对比电池采用实施例1相同的步骤和材料，不同的是正极集流体采用常规的铝箔集流体。
经测试，实施例1的电池内阻为1.80毫欧，对比电池例的电池内阻为4.85毫欧，实施例的电池内阻显著下降。
实施例2
石墨烯改性的正极集流体制备：
(1)将清洗除油的20微米厚的铝箔材基体放置于微波等离子设备的真空共振腔，连接阴极，真空容器为阳极；
(2)真空容器抽真空至0.1Pa，充入氩气至50Pa，抽真空至0.1Pa，反复3次；同时，铝箔材基体加热到550℃温度；
(3)在5.0Pa氩气气压下，在铝箔材施加直流脉冲电压500V，用形成的等离子体活化铝箔材基体表面20分钟；
(4)真空容器共振腔中导入2.4GHz微波和碳氢气体(乙醇：氩气＝1:1的混合气体)，保持共振腔反应温度500℃，在5Pa的气压下，沉积处理30分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材沉积有石墨烯改性层的锂离子电池正极用集流体。石墨烯层厚度为7.3微米。
采用沉积有石墨烯的铝箔集流体的正极制备：将镍钴锰三元正极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯以85∶7∶8的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于制备的集流体上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得正极极片；
负极制备：将粒径为100～120纳米的碳包覆硅粉、乙炔黑、聚偏氟乙烯以80∶10∶10的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于厚度为20微米的铜箔上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得负极极片；
将经干燥后的正极、PE/PP复合隔膜、负极依次叠放后，加入电解液，电解液为LiPF6/EC∶DEC＝1∶1(Vol)，于电池包装中密封即得到锂离子电池。
经测试，实施例2的电池内阻为1.65毫欧，对比电池例的电池内阻为4.85毫欧，实施例的电池内阻显著下降。
实施例3
石墨烯改性的正极集流体制备：
(1)将清洗除油的20微米厚的铝箔材基体放置于微波等离子设备的真空共振腔，连接阴极，真空容器为阳极；
(2)真空容器抽真空至0.1Pa，充入氩气至50Pa，抽真空至0.1Pa，反复3次；同时，铝箔材基体加热到450℃温度；
(3)在10Pa氩气气压下，在铝箔材施加直流脉冲电压550V，用形成的等离子体活化铝箔材基体表面15分钟；
(4)真空容器共振腔中导入2.4GHz微波和碳氢气体(乙醇：氩气＝1:2的混合气体)，保持共振腔反应温度450℃，在8Pa的气压下，沉积处理25分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材沉积有石墨烯改性层的锂离子电池正极用集流体。石墨烯层厚度为12微米。
采用沉积有石墨烯的铝箔集流体的正极制备：将磷酸亚铁锂正极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯以87∶8∶5的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于制备的集流体上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得正极极片；
负极制备：将粒径为100～120纳米的碳包覆硅粉、乙炔黑、聚偏氟乙烯以80∶10∶10的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于厚度为20微米的铜箔上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得负极极片；
将经干燥后的正极、PE/PP复合隔膜、负极依次叠放后，加入电解液，电解液为LiPF6/EC∶DEC＝1∶1(Vol)，于电池包装中密封即得到锂离子电池。
采用常规铝箔集流体制备正极作为对比实例，制备过程与实施例3相同。
经测试，实施例3的电池内阻为3.73毫欧，对比电池例的电池内阻为7.34毫欧，实施例的电池内阻显著下降。
实施例4
石墨烯改性的正极集流体制备：
(1)将清洗除油的30微米厚的铝箔材基体放置于微波等离子设备的真空共振腔，连接阴极，真空容器为阳极；
(2)真空容器抽真空至0.1Pa，充入氩气至50Pa，抽真空至0.1Pa，反复3次；同时，铝箔材基体加热到580℃温度；
(3)在3Pa氩气气压下，在铝箔材施加直流脉冲电压480V，用形成的等离子体活化铝箔材基体表面12分钟；
(4)真空容器共振腔中导入2.4GHz微波和碳氢气体(乙醇：氩气＝1:2的混合气体)，保持共振腔反应温度580℃，在10Pa的气压下，沉积处理40分钟，停止导入微波和碳氢气体，将真空容器中的气压降至0.1Pa以下，随炉冷却至室温，得到铝箔材沉积有石墨烯改性层的锂离子电池正极用集流体。石墨烯层厚度为18微米。
采用沉积有石墨烯的铝箔集流体的正极制备：将镍钴铝三元正极材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯以88∶6∶6的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于制备的集流体上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得正极极片；
负极制备：将粒径为100～120纳米的碳包覆硅粉、乙炔黑、聚偏氟乙烯以80∶10∶10的质量比加入N-甲基吡咯烷酮溶剂中，混合均匀；涂布于厚度为20微米的铜箔上，在60℃下烘30min后，置于真空烘箱中120℃烘干，即得负极极片；
将经干燥后的正极、PE/PP复合隔膜、负极依次叠放后，加入电解液，电解液为LiPF6/EC∶DEC＝1∶1(Vol)，于电池包装中密封即得到锂离子电池。
经测试，实施例4的电池内阻为1.58毫欧，对比电池例的电池内阻为4.85毫欧，实施例的电池内阻显著下降。
Claims (7)
1.一种锂离子电池正极用集流体，其特征在于：包括铝箔材基体，所述铝箔材基体表面为粗糙表面，其上具有高度为0.5～5微米的微凸体，在铝箔材基体的至少一个表面上沉积石墨烯层。
2.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于：在铝箔材基体的至少一个表面上通过微波等离子化学气相沉积方法沉积石墨烯层。
3.根据权利要求1所述的集流体，其特征在于：所述铝箔材基体的厚度为8微米～40微米，所述的石墨烯层的厚度为0.1微米～20微米。
4.一种锂离子电池，其特征在于：所用正极集流体为权利要求1所述集流体。
5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于：所述电池包括电极组和非水电解液，所述电极组和非水电解液密封在电池包装内；所述电极组包括正极、负极及隔膜；所述正极包括正极集流体及涂覆和/或填充在正极集流体上的正极活性材料；所述负极包括负极集流体及涂覆和/或填充在负极集流体上的负极活性材料；所述的隔膜为高分子多孔膜或复合膜。
6.一种制备权利要求1所述锂离子电池正极用集流体的微波等离子化学气相沉积装置，其特征在于：
所述装置包括真空容器(111)，所述真空容器内为真空容器共振腔(110)，真空容器共振腔(110)内设有用于承载铝箔材基体(105)的衬底支架(106)；所述装置还包括直流电源(108)，其中，铝箔材基体(105)连接直流电源(108)的阴极，真空容器(111)连接直流电源(108)的阳极；所述真空容器(111)设有用于进气的进气口(103)、用于抽真空的抽真空口(107)及微波管(102)，所述微波管(102)一端连接真空容器(111)，另一端连接微波发生器(101)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述装置包括耦合调节器(109)，该耦合调节器(109)用于使微波与等离子体(104)耦合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621044213.5U CN206040854U (zh) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | 一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201621044213.5U CN206040854U (zh) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | 一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN206040854U true CN206040854U (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=58299291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201621044213.5U Expired - Fee Related CN206040854U (zh) | 2016-09-08 | 2016-09-08 | 一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN206040854U (zh) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108288714A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-07-17 | 深圳名飞远科技有限公司 | 一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极 |
| US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
| US11633785B2 (en) | 2019-04-30 | 2023-04-25 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
| US11717886B2 (en) | 2019-11-18 | 2023-08-08 | 6K Inc. | Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing |
| US11839919B2 (en) | 2015-12-16 | 2023-12-12 | 6K Inc. | Spheroidal dehydrogenated metals and metal alloy particles |
| US11855278B2 (en) | 2020-06-25 | 2023-12-26 | 6K, Inc. | Microcomposite alloy structure |
| US11919071B2 (en) | 2020-10-30 | 2024-03-05 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
| US11963287B2 (en) | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 6K Inc. | Systems, devices, and methods for starting plasma |
| US12040162B2 (en) | 2022-06-09 | 2024-07-16 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing an upstream swirl module and composite gas flows |
| US12042861B2 (en) | 2021-03-31 | 2024-07-23 | 6K Inc. | Systems and methods for additive manufacturing of metal nitride ceramics |
| US12094688B2 (en) | 2022-08-25 | 2024-09-17 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing a powder ingress preventor (PIP) |
| US12195338B2 (en) | 2022-12-15 | 2025-01-14 | 6K Inc. | Systems, methods, and device for pyrolysis of methane in a microwave plasma for hydrogen and structured carbon powder production |
| US12214420B2 (en) | 2015-12-16 | 2025-02-04 | 6K Inc. | Spheroidal titanium metallic powders with custom microstructures |
| US12261023B2 (en) | 2022-05-23 | 2025-03-25 | 6K Inc. | Microwave plasma apparatus and methods for processing materials using an interior liner |
-
2016
- 2016-09-08 CN CN201621044213.5U patent/CN206040854U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11839919B2 (en) | 2015-12-16 | 2023-12-12 | 6K Inc. | Spheroidal dehydrogenated metals and metal alloy particles |
| US12214420B2 (en) | 2015-12-16 | 2025-02-04 | 6K Inc. | Spheroidal titanium metallic powders with custom microstructures |
| CN108288714A (zh) * | 2018-01-27 | 2018-07-17 | 深圳名飞远科技有限公司 | 一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极 |
| US11633785B2 (en) | 2019-04-30 | 2023-04-25 | 6K Inc. | Mechanically alloyed powder feedstock |
| US11717886B2 (en) | 2019-11-18 | 2023-08-08 | 6K Inc. | Unique feedstocks for spherical powders and methods of manufacturing |
| US11590568B2 (en) | 2019-12-19 | 2023-02-28 | 6K Inc. | Process for producing spheroidized powder from feedstock materials |
| US12176529B2 (en) | 2020-06-25 | 2024-12-24 | 6K Inc. | Microcomposite alloy structure |
| US11855278B2 (en) | 2020-06-25 | 2023-12-26 | 6K, Inc. | Microcomposite alloy structure |
| US11963287B2 (en) | 2020-09-24 | 2024-04-16 | 6K Inc. | Systems, devices, and methods for starting plasma |
| US11919071B2 (en) | 2020-10-30 | 2024-03-05 | 6K Inc. | Systems and methods for synthesis of spheroidized metal powders |
| US12042861B2 (en) | 2021-03-31 | 2024-07-23 | 6K Inc. | Systems and methods for additive manufacturing of metal nitride ceramics |
| US12261023B2 (en) | 2022-05-23 | 2025-03-25 | 6K Inc. | Microwave plasma apparatus and methods for processing materials using an interior liner |
| US12040162B2 (en) | 2022-06-09 | 2024-07-16 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing an upstream swirl module and composite gas flows |
| US12094688B2 (en) | 2022-08-25 | 2024-09-17 | 6K Inc. | Plasma apparatus and methods for processing feed material utilizing a powder ingress preventor (PIP) |
| US12195338B2 (en) | 2022-12-15 | 2025-01-14 | 6K Inc. | Systems, methods, and device for pyrolysis of methane in a microwave plasma for hydrogen and structured carbon powder production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN206040854U (zh) | 一种锂离子电池正极用集流体、包含该集流体的电池及用于制备集流体的装置 | |
| CN106159316A (zh) | 一种锂离子电池正极用集流体及包含该集流体的电池 | |
| CN105870410B (zh) | 一种锂离子电池用碳硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN101853931B (zh) | 锂离子电池用多孔导电LiFePO4正极板的制备方法 | |
| CN107634207A (zh) | 一种硅镶嵌氧化还原石墨烯/石墨相氮化碳复合材料及其制备和应用 | |
| CN108923037B (zh) | 一种富硅SiOx-C材料及其制备方法和应用 | |
| CN113066951B (zh) | 一种柔性自支撑硅/碳纳米管膜复合电极的制备方法及应用 | |
| CN107170979A (zh) | 一种用于锂离子电池负极材料的硅‑碳复合材料的制备方法 | |
| CN109616645B (zh) | 一种用于锂离子电池的柔性硅负极材料及其制备方法 | |
| CN106654199A (zh) | 一种锂离子电池复合负极极片及其制备方法、锂离子电池 | |
| CN105742567A (zh) | 一种锂硫电池复合正极及其制备方法、锂硫电池 | |
| CN103413920B (zh) | 一种锂离子电池用硅/取向碳纳米管复合负极材料及其制备方法 | |
| CN113540416A (zh) | 一种固体电解质包覆石墨复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池 | |
| CN110323440A (zh) | 一种石墨烯/碳-硅纳米复合负极材料的制备方法 | |
| CN111370656B (zh) | 一种硅碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN106410267A (zh) | 高比能量硅基锂离子二次电池及其制备方法 | |
| CN117766703A (zh) | 一种锂离子电池所用硅碳复合材料及其制备方法 | |
| CN110176598B (zh) | 锂离子电池的负极材料及其制备方法 | |
| CN114497451A (zh) | 一种负极片及其制备方法和应用 | |
| CN114122360A (zh) | 一种高能量密度快充复合负极材料及其制备方法 | |
| CN118405687A (zh) | 一种多孔碳的制备方法及其在硅碳负极上的应用 | |
| CN115959671B (zh) | 多孔碳网络改性氧化亚硅复合负极材料及制备和应用 | |
| US20240178371A1 (en) | Silicon-based anode material with high stability and conductivity for lithium-ion batteries and preparation method thereof | |
| CN107026269B (zh) | 一种集流体、电极和隔膜一体化结构和半液态锂硫电池 | |
| CN107895767B (zh) | 一种锂硫电池用高性能复合隔膜及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170322 Termination date: 20190908 |