一种泡沫铝正极集流体及其制备方法和应用

本发明涉一种泡沫铝正极集流体及其制备方法和应用，属于锂电池正极片及其制备。

背景技术：

1、集流体表面涂碳技术是一种常用于改善金属材料表面性能的工艺。它通过在金属表面形成一层碳膜，以增强其耐磨、耐腐蚀和导电等性能。涂炭后的金属表面形成致密的碳层，具有较高的耐磨性，可以有效减少摩擦和磨损。涂覆层还能提供一定的化学稳定性，对氧化、酸碱等腐蚀介质有较好的抵抗能力。由于碳具有良好的导电性，涂碳后的金属表面能够提高电导率，对电流传输具有较低的阻抗。

2、铝箔是一种常见的用来制备集流体的材料，然而它也存在一些缺点。铝箔相对密封，透气性较差，这意味着其中集聚的液体可能难以蒸发或挥发。且铝箔较为脆弱，容易受到破损、划伤或撕裂。一旦被损坏，其集聚液体的效果就会大打折扣。铝箔的熔点相对较低，耐高温能力有限。在高温环境中使用铝箔可能导致变形、熔化或燃烧，从而无法有效地集流液体。铝箔表面光滑且不吸附水，使得清洁上存在一定的困难。在使用过程中，如果液体黏附在铝箔上，清洗起来比较麻烦。铝箔容易受到氧化影响，与空气中的氧反应形成氧化铝层。这样的氧化层会降低铝箔的导电性能，增加电池中的电阻，导致能量损失。铝箔相对较重且厚度较大，这会增加电池的整体重量和体积。对于某些应用而言，比如移动设备和电动车等，重量和体积是需要尽可能轻薄和小巧的。尽管铝箔具有一定的导电性能，但相比其他材料（如铜），其导电能力相对较弱。这意味着在一些高功率和高电流应用中，铝箔可能无法提供足够的电流传输能力。

3、现有技术中为了进一步减少集流体的重量，采用泡沫铝作为集流体，但是其导电性能仍有待提高。如中国专利cn117747848a中涉及到“一种改性集流体及其制备方法，包含铝箔或者多孔铝的电池电极材料以及钠离子电池用集流体材料”的技术，其中通过在集流体基材至少一侧表面使用由pedot:pss和氧空位修饰的金属氧化物复合材料进行改性涂层。中国专利cn117638385a中涉及到“利用泡沫金属改善锂金属电池循环性能的夹具及方法”的技术，其中发明了通过在隔板与底板之间加入泡沫金属来改变夹具的刚度，降低锂金属电池在充放电过程中的膨胀压力，并利用泡沫金属恒定应力区的材料特性稳定最大膨胀压力，有效提升了锂金属电池循环寿命。然而这些方法都是通过物理接触的方法，改性泡沫金属的物化性质，在电池循环的过程中，易与活性物质接触不良，导致接触电阻增大，难以获得优异的电化学稳定性。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有泡沫铝正极集流体存在的导电性能仍有待提高的问题，提供一种泡沫铝正极集流体及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种泡沫铝正极集流体的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、（1）将泡沫铝浸渍在盐酸溶液中，去除表面氧化层后，使用去离子水和甲醇进行清洗；

5、（2）将醋酸盐、pvp和水混合，得到浸泡液，将经过步骤（1）处理的泡沫铝浸没在浸泡液中，然后加入双氰胺，得到反应液，加热搅拌反应，得到表面生长金属-有机骨架化合物的泡沫铝；

6、（3）将经过步骤（2）处理的泡沫铝进行洗涤、干燥处理，然后在保护气氛条件中进行碳化，得到原位生成碳纳米管自支撑泡沫铝，即为泡沫铝正极集流体。

7、进一步限定，（1）中泡沫铝为三维连通孔泡沫铝，该三维连通孔泡沫铝的厚度为5~200μm，连通孔的孔径不大于1mm，铝丝骨架宽度为30~100μm，导电层的厚度为0.1~3μm。

8、进一步限定，（1）中盐酸溶液浓度为0.1~2mol/l。

9、进一步限定，（2）中醋酸盐为醋酸亚铁、醋酸钴、醋酸镍中一种或多种混合。

10、进一步限定，（2）的浸泡液中醋酸盐的浓度为0.01~1mol/l，pvp的浓度为0.01~1mol/l。

11、进一步限定，（2）的反应液中双氰胺的浓度为0.01~1mol/l。

12、进一步限定，（2）中加热搅拌反应温度为60~80℃，时间为10~24h。

13、进一步限定，（3）中干燥处理为冷冻干燥、超临界干燥或热干燥。

14、更进一步限定，（3）中干燥处理温度为-50~80℃，时间为4~30h。

15、进一步限定，（3）中保护气氛为氮气、氩气、氮氢混合气或氩氢混合气。

16、进一步限定，（3）中碳化温度为400~650℃，时间为1~4h。

17、更进一步限定，（3）中碳化温度为450℃～500℃。

18、本发明的目的之二是提供一种上述方法制备得到的泡沫铝正极集流体。

19、本发明的目的之三是提供一种上述泡沫铝正极集流体的应用，具体用于制备锂离子电池正极片。

20、进一步限定，将正极浆料涂覆在泡沫铝正极集流体的表面以及孔隙中，干燥，得到锂离子电池正极片。

21、本发明有益效果：

22、本发明首先在三维连通孔泡沫铝表面构筑一层金属-有机骨架化合物涂层，然后经过一定温度的热处理，原位生成具有导电性的三维交联碳纳米管涂层，将其作为泡沫铝正极集流体，通过涂覆上正极活性物质，制备得到锂离子正极，既能够保证良好的电化学活性，同时还能够保证良好的电导率，进而使得材料表现出高的循环稳定性，大的能量密度和良好的倍率特性。

技术特征：

1.一种泡沫铝正极集流体的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中泡沫铝为三维连通孔泡沫铝，该三维连通孔泡沫铝的厚度为5~200μm，连通孔的孔径不大于1mm，铝丝骨架宽度为30~100μm，导电层的厚度为0.1~3μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（1）中盐酸溶液浓度为0.1~2 mol/l。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）中醋酸盐为醋酸亚铁、醋酸钴、醋酸镍中一种或多种混合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）的浸泡液中醋酸盐的浓度为0.01~1 mol/l，pvp的浓度为0.01~1 mol/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）的反应液中双氰胺的浓度为0.01~1mol/l。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（2）中加热搅拌反应温度为60~80℃，时间为10~24h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，（3）中碳化温度为400~650℃，时间为1~4h。

9.一种权利要求1~8任一项所述的方法制备得到的泡沫铝正极集流体。

10.一种权利要求9所述的泡沫铝正极集流体的应用，其特征在于，用于制备锂离子电池正极片。

技术总结本发明公开了一种泡沫铝正极集流体及其制备方法和应用，属于锂电池正极片及其制备技术领域。本发明解决了现有泡沫铝正极集流体存在的导电性能仍有待提高的问题。本发明首先在三维连通孔泡沫铝表面构筑一层金属‑有机骨架化合物涂层，然后经过一定温度的热处理，原位生成具有导电性的三维交联碳纳米管涂层，将其作为泡沫铝正极集流体制备得到锂离子正极，既能够保证良好的电化学活性，同时还能够保证良好的电导率，进而使得材料表现出高的循环稳定性，大的能量密度和良好的倍率特性。技术研发人员：王春丽,程勇,孙连山,尹东明,黄湃,王照民,王立民,吴耀明受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/24