超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法及应用

本发明属于铜箔制备，涉及一种多孔铜箔的制备方法，具体涉及一种超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法，所获多孔铜箔及其应用。

背景技术：

1、铜箔作为锂离子电池中的负极集流体，具有很好的传递电子的效果。随着对锂金属电池开发的不断深入，将平面的铜箔负极集流体设计为具有多孔的三维结构可有效降低表面的电流密度，减少锂枝晶的生成，同时还可有效降低锂在沉积剥离过程中的体积变化。此外，多孔铜箔在能源储存系统、催化、生物医药及柔性电极等领域也具有广泛的应用。

2、现有多孔铜箔的制备方法，主要有粉末冶金法、脱合金法、模板法和激光蚀刻等，过程中需要高温、高压或无水无氧的工作环境，过程复杂，操作繁琐。如粉末冶金中需要在高温下进行铜粉与其它金属粉体的融合，之后还需采用脱合金的方式去除其中除铜外的其它金属，制备的多孔铜厚度较大，并且力学性能较差；模板法是对铜箔表面部分区域进行选择性覆盖，使得电解液对金属铜的腐蚀只能在未被模板覆盖区域发生，根据模板的不同，最终得到不同形貌的多孔结构，再者，模板法中对于模板剂的去除也需要选择溶解或蚀刻等方法去除，工艺较为复杂；脱合金法首先需要制备合适的前驱体合金，才能选择性去除合金中除铜以外的其它金属，多孔的孔径和形貌受前驱体影响很大，无法实现稳定的生产；激光蚀刻制备多孔铜箔的成本较高，不适用于工业大规模生产。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法，以克服现有技术中的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供由上述方法制备的多孔铜箔及其应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法，其包括：

5、以低表面能修饰剂对表面具有微纳结构的铜箔进行修饰，得到超疏水铜箔；

6、以所述超疏水铜箔为阳极，所述阳极、阴极与络合物电解液共同构建电化学体系，所述络合物电解液中所含络合剂包括柠檬酸钠、酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠中的任意一种或两种以上的组合；

7、使所述电化学体系通电，采用电化学阳极蚀刻法对阳极进行电氧化蚀刻，制得多孔铜箔。

8、在一些实施例中，在进行所述电氧化蚀刻时，电流密度为0.01a/cm2～0.5a/cm2，电氧化蚀刻的时间为3min～90min。

9、本发明实施例还提供了一种多孔铜箔，它是由前述方法制备得到的。

10、本发明实施例还提供了前述的多孔铜箔于二次电池集流体或电催化等领域中的应用。

11、相对于传统的多孔铜箔的制备方法，本发明的有益效果包括：

12、本发明提供的超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法利用超疏水固液界面为点状分布的这一特点，达到在铜箔表面选择性蚀刻并塑造多孔结构的目的，该方法简单高效，操作流程短，制备成本低，可制备出孔洞分布均匀、孔径均一的多孔铜箔，在二次电池集流体、电催化等领域应用潜力巨大。

技术特征：

1.一种超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述低表面能修饰剂包括硬脂酸、全氟癸基三乙氧基硅烷和十二烷基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：将表面具有微纳结构的铜箔在10℃～50℃的温度范围内浸置于低表面能修饰剂溶液中0.5h～24h，制得接触角为140°～160°的超疏水铜箔。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述低表面能修饰剂溶液包括低表面能修饰剂和溶剂，所述低表面能修饰剂溶液中低表面能修饰剂的浓度为1g/l～30g/l，优选的，所述溶剂包括无水乙醇。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在进行所述电氧化蚀刻时，电流密度为0.01a/cm2～0.5a/cm2，电氧化蚀刻的时间为3min～90min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述络合物电解液中络合剂的浓度为0.1mol/l～3mol/l；和/或，所述阴极包括铂片。

7.一种多孔铜箔，其特征在于，所述多孔铜箔是由权利要求1-6中任一项所述方法制备得到的。

8.根据权利要求7所述的多孔铜箔，其特征在于：所述多孔铜箔所含孔洞的孔径为10μm～100μm。

9.根据权利要求7所述的多孔铜箔，其特征在于：所述多孔铜箔的孔隙率为10％～30％。

10.权利要求7-9中任一项所述的多孔铜箔于二次电池集流体或电催化领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法及应用。所述方法包括：以低表面能修饰剂对表面具有微纳结构的铜箔进行修饰，得到超疏水铜箔；以其作为阳极，并与阴极、络合物电解液共同构建电化学体系，所述络合物电解液中所含络合剂包括柠檬酸钠、酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠等；使所述电化学体系通电，采用电化学阳极蚀刻法对阳极进行电氧化蚀刻，制得多孔铜箔。本发明提供的超疏水表面改性和电化学蚀刻联用制备多孔铜箔的方法简单高效，操作流程短，制备成本低，可制备出孔洞分布均匀、孔径均一的多孔铜箔，在二次电池集流体、电催化等领域应用潜力巨大。技术研发人员：赵玉祥,李武,张波,张万珍,季霞芳,钱玉龙,索玲,马悦,黄金望,王欣玉,李雪婷,舒永琪,梁建受保护的技术使用者：中国科学院青海盐湖研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/16