用兩段法和磷酸—氟化鈉—鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用兩段法和磷酸—氟化鈉—鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法，其特征在于：將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔用處理液在35℃～78℃溫度區(qū)間處理1min～30min,用水洗凈，自然干燥或用70℃～180℃溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得正極鋁箔集流體。制備的正極鋁箔集流體在電池或超級(jí)電容器中使用時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用兩段法和磷酸一氟化鈉一鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池的正極鋁箔集流體制備的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池和超級(jí)電容器的用兩段法和磷酸一氟化鈉一鉻酐改性的正極鋁箔集流體。
技術(shù)背景
[0002]鋰離子電池具有電池電壓高、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、自放電低等優(yōu)點(diǎn)，正極材料的性能對(duì)鋰離子電池的性能起著決定的作用。目前，鋰離子電池主要由有機(jī)電解液(聚合物電解質(zhì))、隔膜、正極、負(fù)極、集流體等部件組成。由于鋰離子電池使用的液態(tài)有機(jī)電解液(或聚合物電解質(zhì))的導(dǎo)電能力較弱，為了實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的大電流充放電性能，鋰離子電池的正極材料和負(fù)極材料一般都加工成粉末狀，再將正極材料的粉末或負(fù)極材料的粉末用粘合劑等粘結(jié)在集流體上，實(shí)現(xiàn)電流的收集。因此，對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，集流體的表面狀況、集流體與正極材料和負(fù)極材料間的接觸阻抗、集流體在充放電過(guò)程中表面狀況變化情況對(duì)電池的性能有很大的影響。例如，充電時(shí)，鋰離子電池的正極鋁箔集流體容易發(fā)生鈍化而增大電極的極化，使電池的充放電性能明顯下降；鋰離子電池的正極鋁箔集流體與正極材料間粘接不牢固而出現(xiàn)掉粉的現(xiàn)象，影響電池的充放電性能和電池的安全性。
[0003]鋰離子電池的正極材料的粉末與鋁箔集流體粘結(jié)時(shí)，粘結(jié)部分是由被粘鋁箔、粘膠劑和石墨導(dǎo)電劑等部分組成。其中每一部分都影響粘結(jié)性能。目前，對(duì)被粘結(jié)鋁箔表面進(jìn)行處理的研究較少，主要通過(guò)在鋰離子電池正極的鋁箔集流體上預(yù)先涂覆石墨烯或碳粉等改善鋁箔的性能，以實(shí)現(xiàn)以下作用。如，抑制電池極化，減少熱效應(yīng)，提高倍率性能、降低電池內(nèi)阻，明顯降低循環(huán)過(guò)程的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻增幅；提高電池的一致性，增加電池的循環(huán)壽命；提聞活性物質(zhì)與集流體的粘附力，降低極片制造成本；保護(hù)集流體不被電解液腐蝕；提聞磷酸鐵鋰電池的高溫和低溫性能，改善磷酸鐵鋰、鈦酸鋰材料的加工性能。不過(guò)，上述預(yù)先在鋁箔集流體上涂覆石墨烯、碳粉等方法對(duì)于改善正極鋁箔集流體性能的作用有限，且制備工藝復(fù)雜、成本高，為此本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的表面處理的方法改善鋰離子電池正極鋁箔集流體的表面性能，減少鋰離子電池正極鋁箔集流體與正極材料間的阻抗、減少正極的掉粉現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的表面處理的方法改善鋰離子電池正極鋁箔集流體的表面性能，減小鋰離子電池正極鋁箔集流體與正極材料間阻抗、減少正極掉粉現(xiàn)象、改善電池的一致性，使樣品的大電流放電性能明顯的改善。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。[0005]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C下處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0006]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在35°C?78°C溫度區(qū)間處理Imin?30 min,用水沖洗干凈，自然干燥或用70°C?180°C溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0007]所述的處理液的組成如下:75%磷酸30 g/L?65g/L，氟化物I g/L?16 g/L,鉻酐10 g/L。
[0008]所述的氟化物是氟化鈉、氟化鉀、氟化鈣或氟化銨。
[0009]在處理液中，磷酸與鋁表面發(fā)生反應(yīng)，生成的磷酸鋁會(huì)與鉻酐反應(yīng)生成多孔性的表面膜。在處理液中的氟離子進(jìn)入多孔膜中，在干燥過(guò)程中會(huì)被被固定住，對(duì)鋁的表面性能起著改善的作用。含改性膜的鋁箔作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步補(bǔ)充和說(shuō)明，而不是對(duì)發(fā)明的限制。
[0011]實(shí)施例1
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0012]所述的除油步驟是將鋁箔置于55°C下，在除油溶液中處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0013]將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在55°C處理5min，用水沖洗干凈，自然干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成是:75%磷酸50 g/L，氟化鈉 5 g/L，鉻酐 10 g/L。
[0014]制備的含改性膜的鋁箔對(duì)折180°后回復(fù)至原來(lái)狀態(tài)記為180°，再折180°記為360°，依此類(lèi)推。試驗(yàn)表明，含改性膜的鋁箔連續(xù)折7700°，不會(huì)折斷。將3g聚偏氟乙烯樹(shù)脂溶于29ml 二甲基乙酰胺中制得粘膠。將所述的粘膠涂覆在含改性膜的鋁箔集流體上，經(jīng)過(guò)180°C加熱處理IOmin后，剝離強(qiáng)度達(dá)到0.099 N/mm2以上。在含改性膜的鋁箔上涂覆磷酸鐵鋰樣品，在2C倍率電流下充放電時(shí)，首次循環(huán)的放電容量高于129mAh/g。而在未經(jīng)過(guò)改性膜處理的鋁箔上涂覆磷酸鐵鋰樣品，在2C倍率電流下首次充放電循環(huán)的放電容量只能達(dá)到107mAh/g。
[0015]含改性膜的鋁箔作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]實(shí)施例2
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0017]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。[0018]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在78°C處理30 min,然后用水沖洗干凈，最后用100°C的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0019]所述的處理液的組成如下:75%磷酸65g/L，氟化鉀16 g/L，鉻酐10 g/L。
[0020]所述的含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0021]實(shí)施例3
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0022]所述的除油步驟是將鋁箔置于55°C下，在除油溶液中處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)，活化表面。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO315g/L, Na2Si03*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚 3g/L。
[0023]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的正極鋁箔集流體置于處理液中，在35°C處理lmin，再用水沖洗干凈，最后用70°C的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成如下:75%磷酸30 g/L，氟化銨I g/L，鉻酐10 g/L。
[0024]含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]實(shí)施例4
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0026]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0027]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在78°C處理lmin,用水沖洗干凈，最后用70°C熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成如下:75%磷酸65g/L，氟化鉀I g/L，鉻酐10 g/L。
[0028]含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0029]實(shí)施例5
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0030]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C下處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0031]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在35°C處理30 min,用水沖洗干凈，最后用180°C的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成如下:75%磷酸65g/L，氟化鈉I g/L，鉻酐10 g/L。
[0032]含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0033]實(shí)施例6
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0034]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C下處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0035]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在65°C處理3min,然后用水沖洗干凈，最后用80°C的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成如下:75%磷酸50 g/L，氟化鈣16 g/L，鉻酐10 g/L。
[0036]含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
[0037]實(shí)施例7
將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體。
[0038]所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°C下處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)。所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0039]所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在78°C處理5min,然后用水沖洗干凈，最后用170°C的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體。所述的處理液的組成如下:75%磷酸30 g/L，氟化銨5 g/L，鉻酐10 g/L。
[0040]含改性膜的正極鋁箔集流體作為鋰離子電池的正極集流體時(shí)，具有耐折性好、與正極材料的粘結(jié)力強(qiáng)、阻抗小、充放電性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.用兩段法和磷酸一氟化鈉一鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法，其特征在于:將鋁箔分別通過(guò)除油步驟和改性膜形成步驟制得含改性膜的正極鋁箔集流體； 所述的除油步驟是將鋁箔置于除油溶液中，在55°c下處理lmin，使金屬基體暴露出來(lái)；所述的除油溶液的組成是=NaOH 20g/L, Na3PO4- 12 H2O 40g/L, Na2CO3 15g/L，Na2SiO3*9 H2O 8g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L ; 所述的改性膜形成步驟是將經(jīng)過(guò)除油步驟處理的鋁箔置于處理液中，在35°C?78V溫度區(qū)間處理Imin?30 min,用水沖洗干凈,最后自然干燥或用70°C?180°C溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含改性膜的正極鋁箔集流體； 所述的處理液的組成如下:75%磷酸30 g/L?65g/L，氟化物I g/L?16 g/L，鉻酐10 g/Lο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用兩段法和磷酸一氟化鈉一鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法，其特征在于所述的氟化物是氟化鈉、氟化鉀、氟化鈣或氟化銨。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用兩段法和磷酸一氟化鈉一鉻酐改性正極鋁箔集流體的方法，其特征在于所述的含改性膜的正極鋁箔集流體用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池或超級(jí)電容器。
【文檔編號(hào)】H01M4/66GK103840170SQ201410125067
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】童慶松, 任媛媛, 劉燦培, 粟雪, 李秀華, 潘國(guó)濤, 黃能貴, 呂超, 吳欽緣 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)