一种低电阻复合集流体及制备方法及其应用与流程

本发明涉及化学储能电池，具体涉及一种低电阻复合集流体及制备方法及其应用。

背景技术：

1、锂离子电池作为新一代化学储蓄电池，具有高能量密度、长循环寿命、自放电率低、绿色环保和无记忆效等优点，已广泛应用于电子、电动汽车、医疗设备和航空航天等领域。

2、近年来，人工智能、大数据以及电动汽车等行业发展迅猛，对锂离子电池的电化学性能要求（如容量、倍率、循环性能等）日益增长。锂离子电池的主要由正、负极材料、集流体、隔膜和电解液组成，其中集流体起着承载活性物质和汇集电流的作用，是影响电池性能优劣非常重要的一个因素。除了要求集流体与活性物质涂层之间具有较强的结合力外，还要求集流体的电子导电性好、化学稳定性高。

3、金属铜箔具有良好的机械强度和延展性，内阻较小，是目前锂离子电池行业最常用的集流体之一，但是锂离子电池负极集流体一般为表面光滑、清洁的铜箔，与活性物质粘附不牢，界面结合效果不佳，在反复充放电过程中容易造成活性物质的脱落，导致电池的倍率、循环下降。

4、因此，本申请首先使用丙酮对金属铜箔进行预处理，通过在金属铜箔表面修饰一层三维导电网络，提升活性物质与集流体之间的界面结合效果，降低电池的内阻，提升电池的倍率、循环性能。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种低电阻复合集流体及制备方法及其应用，使用丙酮对金属铜箔进行预处理，通过在金属铜箔表面修饰一层三维导电网络，提升活性物质与集流体之间的界面结合效果，降低电池的内阻，提升电池的倍率、循环性能。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种低电阻复合集流体的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1～2 h进行预处理，在60～80℃真空下干燥24～48 h；

5、s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1000～1200℃，惰气的流量为80~100 sccm，加热速率为25～28°c /min，温度到达1000～1200℃后，通入ch4气体，ch4流量为20~50 sccm，在该温度下分别保持15~30 min；

6、s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

7、本发明的工作原理及有益效果：

8、本方案首先使用丙酮对光滑金属铜箔进行预处理，去除铜箔表面的氧化层及吸附的杂质，有便于后续提高石墨烯与铜箔的结合力，提升集流体的稳定性和导电性。然后采用等离子体增强化学气相沉积法，在光滑金属铜箔表面修饰了一层三维导电网络石墨烯。该方法是通过ch4在高温下热解生成三维导电纳米片状石墨烯，直接生长在光滑金属铜箔表面，石墨烯与铜集流体之间有着良好的结合强度，且石墨烯的加入提高了材料的导电性，有效改善了锂离子电池的倍率和循环性能。

9、优选地，所述惰气为ar或n2。

10、优选地，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1 h进行预处理，在60℃真空下干燥24 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1000℃，惰气的流量为80 sccm，加热速率为25°c /min,温度到达1000℃后，通入ch4气体，ch4流量为20 sccm，在该温度下分别保持15 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

11、优选地，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡2 h进行预处理，在80℃真空下干燥48 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1200℃，惰气的流量为100 sccm，加热速率为28°c /min,温度到达1200℃后，通入ch4气体，ch4流量为50 sccm，在该温度下分别保持30 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

12、优选地，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1.5 h进行预处理，在70℃真空下干燥36 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1100℃，惰气的流量为90 sccm，加热速率为26°c /min,温度到达1100℃后，通入ch4气体，ch4流量为35 sccm，在该温度下分别保持25 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

13、一种低电阻复合集流体制备方法制备得到的复合铜集流体。

14、一种复合铜集流体在化学储能电池中的应用。

技术特征：

1.一种低电阻复合集流体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的低电阻复合集流体的制备方法，其特征在于，所述惰气为ar或n2。

3. 根据权利要求2所述的低电阻复合集流体的制备方法，其特征在于，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1 h进行预处理，在60℃真空下干燥24 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1000℃，惰气的流量为80 sccm，加热速率为25°c /min,温度到达1000℃后，通入ch4气体，ch4流量为20 sccm，在该温度下分别保持15 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

4. 根据权利要求2所述的低电阻复合集流体的制备方法，其特征在于，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡2 h进行预处理，在80℃真空下干燥48 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1200℃，惰气的流量为100 sccm，加热速率为28°c /min,温度到达1200℃后，通入ch4气体，ch4流量为50 sccm，在该温度下分别保持30 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

5. 根据权利要求2所述的低电阻复合集流体的制备方法，其特征在于，s1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1.5 h进行预处理，在70℃真空下干燥36 h；s2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1100℃，惰气的流量为90 sccm，加热速率为26°c /min,温度到达1100℃后，通入ch4气体，ch4流量为35 sccm，在该温度下分别保持25 min；s3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。

6.根据权利要求3～5任一项所述的低电阻复合集流体制备方法制备得到的复合铜集流体。

7.根据权利要求6所述的复合铜集流体在化学储能电池中的应用。

技术总结本申请公开了化学储能电池技术领域的一种低电阻复合集流体的制备方法，包括以下步骤，S1、将光滑金属铜箔置入丙酮中浸泡1～2 h进行预处理，在60℃真空下干燥24～48 h；S2、将处理好的金属铜箔放入石英管中，在惰气气氛下加热到1000～1200℃，惰气的流量为80~100 sccm，加热速率为25～28°C/min,温度到达1000～1200℃后，通入CH<subgt;4</subgt;气体，CH<subgt;4</subgt;流量为20~50 sccm，在该温度下分别保持15~30 min；S3、反应结束后，将样品在惰气气氛下自然冷却至室温，即可得到三维导电纳米片状石墨烯修饰的复合铜集流体。本申请通过在金属铜箔表面修饰一层三维导电网络，提升活性物质与集流体之间的界面结合效果，降低电池的内阻，提升电池的倍率、循环性能。技术研发人员：刘富亮,田文燕,班宵汉,周雄,陈安国,田洪松,胡洪瑞,罗凤兰,刁思强,胡锦飞,苏纪宏,李一帆,陈国文,陈晓涛受保护的技术使用者：贵州梅岭电源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14