本實用新型涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于鋰離子電池的銅集流體。

背景技術(shù)：

鋰離子電池屬于綠色高能可充電化學(xué)電源，具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點，在運載工具、便攜式電子設(shè)備、通信用后備電源、空間技術(shù)、國防工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

鋰離子電池的集流體應(yīng)該具有輕薄、良好的機械強度、在電解液中的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性好、與電極材料具有良好的接觸等特點。目前所使用的鋰離子電池的銅集流體基本上都是銅箔，然而普通的電解銅箔只具有雙面光、雙面毛、單面毛、雙面粗化等幾種類型，使得其表面結(jié)構(gòu)的多樣性受到了限制。傳統(tǒng)的銅集流體表面結(jié)構(gòu)的單一性使得鋰離子電池的可逆容量以及循環(huán)壽命受到了限制。傳統(tǒng)的電極片制作直接將活性物質(zhì)涂布于沒有特殊結(jié)構(gòu)的集流體上，整個過程活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合屬于普通的機械結(jié)合，因而存在結(jié)合強度不高，有效結(jié)合面積不足等缺點，這些缺點對鋰離子電池的性能有著直接的負(fù)面影響，比如這會造成活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻過大，降低電池的工作效率，同時也會增加鋰離子電池充放電容量的不穩(wěn)定性，降低電池的循環(huán)壽命等，從而影響電池的綜合性能。

一些學(xué)者開展了柔性碳紙、高效導(dǎo)電紙等用作集流體來改善鋰離子電池性能的研究，作為新奇的概念，還需要進一步的研究。為了提高活性物質(zhì)與集流體的結(jié)合強度和電極導(dǎo)電性能，研究具有表面功能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵制造技術(shù)方法，使其與活性物質(zhì)顆粒之間形成相互緊密嚙合的界面、減小活性物質(zhì)與集流體之間的接觸電阻、降低活性物質(zhì)體積變化帶來的容量衰減、改善導(dǎo)電環(huán)境引起了國內(nèi)外研究者的廣泛興趣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了提高集流體與活性物質(zhì)的結(jié)合強度，減小兩者之間的接觸電阻，提高電極導(dǎo)電性能，從而提高鋰離子電池的充放電容量及其穩(wěn)定性，本實用新型一方面公開了一種用于鋰離子電池的銅集流體，其技術(shù)方案如下：

一種用于鋰離子電池的銅集流體，表面設(shè)置有氧化銅層，所述的銅集流體的頂面布置有從中心向邊緣呈放射狀發(fā)散分布的盲孔，頂面各個盲孔以外的區(qū)域形成凸起邊緣，所述的盲孔及凸起邊緣表面設(shè)置有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)，所述的銅集流體的底面為光滑表面。

進一步地，所述盲孔的形狀為圓形、橢圓形、扇形或多邊形。

所述的銅集流體的頂面布置有盲孔結(jié)構(gòu)，底面為光滑表面；所述的頂面具有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)。制作電極片時，以所述的銅集流體作為所述電極片的基體，有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)的頂面直接與活性物質(zhì)相結(jié)合形成所述的電極片，而所述的光滑表面直接與電池殼緊密接觸。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的具有如下優(yōu)點：

（1）將活性物質(zhì)涂布于銅集流體表面時，由于盲孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)作用，活性物質(zhì)漿料可以更加充分地填充到盲孔里與銅集流體充分接觸。

（2）銅集流體表面的凸起邊緣形成了網(wǎng)格狀宏觀結(jié)構(gòu)，大大地增加了集流體與活性物質(zhì)的有效接觸面積和結(jié)合強度。

（3）銅集流體表面的珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)極大地增加了集流體與活性物質(zhì)之間的有效接觸面積及兩者之間的結(jié)合強度，減小了集流體與活性物質(zhì)之間的接觸電阻。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例一的銅集流體主視示意圖。

圖2是本實用新型實施例一珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)SEM圖。

圖3是裝有本實用新型實施例一的銅集流體的鋰離子半電池裝配示意圖。

圖4是循環(huán)充放電測試曲線（w表示有盲孔結(jié)構(gòu)；w/o表示無盲孔結(jié)構(gòu)）。

圖5是結(jié)合強度測試曲線（w表示有盲孔結(jié)構(gòu)；w/o表示無盲孔結(jié)構(gòu)）。

圖6是接觸電阻測試曲線（w表示有盲孔結(jié)構(gòu)；w/o表示無盲孔結(jié)構(gòu)）。

圖中所示為：1-上電池殼；2-彈片；3-墊片；4-鋰片；5-隔膜；6-電解液；7-下電池殼；8-電極片；9-凸起邊緣；10-盲孔。

具體實施方式

為進一步理解本實用新型，下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明，但是需要說明的是，本實用新型要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。

實施例一

如圖1所示，一種用于鋰離子電池的銅集流體，表面設(shè)置有氧化銅層，所述的銅集流體的頂面布置有從中心向邊緣呈放射狀發(fā)散分布的盲孔，頂面各個盲孔以外的區(qū)域形成凸起邊緣9，所述的盲孔及凸起邊緣9表面設(shè)置有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)(見圖2)，所述的銅集流體的底面為光滑表面。

所述盲孔的形狀為圓形、橢圓形、扇形或多邊形，本實施例采用方形。

制作電極片時，以所述的銅集流體作為所述電極片的基體，有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)的頂面直接與活性物質(zhì)相結(jié)合形成所述的電極片，而所述的銅集流體的光滑底面則與電池殼緊密接觸。

如圖3所示，所述的銅集流體做成電極片8后置于下電池殼7上，電解液6直接浸潤所述的電極片8上的活性物質(zhì)，所述的電解液6充滿由電極片8、下電池殼7和隔膜5所組成的整個腔體。鋰片4緊貼在所述的隔膜5上，所述的鋰片4的上表面由下至上依次放置著墊片3和彈片2，所述的墊片3和彈片2起著調(diào)整壓力的作用。所述的彈片2與上電池殼1緊密接觸以減小接觸電阻，保證電池內(nèi)部的良好的導(dǎo)電性。

所述的銅集流體做成的電極片8裝配成如圖3所示的鋰離子半電池后，所述的鋰離子半電池放電時，鋰片4開始脫鋰，鋰離子經(jīng)過隔膜5進入到電解液6中，隨后與電極片8上面的活性物質(zhì)接觸，發(fā)生嵌鋰反應(yīng)。與此同時，電子先后經(jīng)過墊片3、彈片2和上電池殼1進入到下電池殼7，由于下電池殼7與電極片8緊密接觸，因而電子隨后便進入到電極片8的活性物質(zhì)里與鋰離子進行電荷中和，完成鋰離子半電池的放電過程。所示的鋰離子半電池充電時，鋰離子首先從電極片8上的活性物質(zhì)里面脫嵌，進入到電解液6中，隨后通過隔膜5與鋰片4接觸。電子從電極片8上面的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)移出來，先后經(jīng)過下電池殼7、上電池殼1、彈片2和墊片3與鋰片4上的鋰離子進行電荷平衡，完成充電過程。所述的鋰離子半電池在充放電過程中，由于所述的具有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)的方形盲孔和凸起邊緣增加了所述新型集流體與活性物質(zhì)之間的有效接觸面積，使得充放電過程中電荷在所述的新型集流體與活性物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移更加暢通，這大大地減小了電池內(nèi)部的阻抗。同時所述的具有珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)的方形盲孔和凸起邊緣增加了所述新型集流體與活性物質(zhì)之間的結(jié)合強度，在很大程度上減小了電池在充放電過程中鋰離子嵌入與脫離活性物質(zhì)時造成的活性物質(zhì)粉化現(xiàn)象，從而增加了充放電容量的穩(wěn)定性與電池的循環(huán)壽命。

將本實施例提供的一種用于鋰離子電池的銅集流體組成鋰離子半電池，并使用LAND電池測試系統(tǒng)CT2001A對所述的鋰離子半電池進行循環(huán)充放電測試，得到的測試曲線如圖4所示。從曲線中可以看出，有方形盲孔集流體的鋰離子電池比集流體沒有結(jié)構(gòu)的鋰離子電池更快完地成活化過程且充放電容量更高，其中有方形盲孔集流體的鋰離子電池的初次充放電容量達到294.4mAh/g，穩(wěn)定容量高達395mAh/g，而集流體沒有結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的初次充放電容量僅有194.7 mAh/g，穩(wěn)定容量為308.1 mAh/g。經(jīng)過0.2C和0.5C倍率充放電后，有方形盲孔集流體的鋰離子電池的倍率充放電容量比集流體沒有結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的倍率充放電容量有更高的穩(wěn)定性。經(jīng)過0.2C和0.5C倍率充放電后再用0.5mA的恒定電流對電池進行充放電，結(jié)果顯示有方形盲孔集流體的鋰離子電池的充放電容量為376.5 mAh/g，占倍率充放電前穩(wěn)定容量的95.3%，而集流體沒有結(jié)構(gòu)的鋰離子電池的充放電容量僅有289.8 mAh/g，只占倍率充放電前穩(wěn)定容量的94.1%。

使用高性能電荷放大采集系統(tǒng)Kistler和Newport M-VP-25XA微位移平臺對電極片進行結(jié)合強度測試，測試曲線如圖5所示。從曲線可以看出，方形盲孔集流體與活性物質(zhì)的結(jié)合強度比無結(jié)構(gòu)集流體與活性物質(zhì)的結(jié)合強度高。電極片的接觸電阻測試曲線如圖6所示，曲線表明隨著壓力的增加，有方形盲孔集流體的電極片的接觸電阻更小。

實施例二

一種用于鋰離子電池的銅集流體的制備方法，包括如下步驟：

（1）銅集流體的設(shè)計及轉(zhuǎn)?。菏褂美L圖軟件如AutoCAD設(shè)計呈放射狀發(fā)散的方形盲孔圖案，并將圖案轉(zhuǎn)印到A4透明膠片上。

（2）銅片的表面預(yù)處理：將準(zhǔn)備好直徑15mm，厚度0.8mm的銅片在800目砂紙下負(fù)重20g打磨距離累計0.5米，使得兩表面平整。隨后將制備的銅片置于覆銅板表面清洗劑中浸泡并不斷攪拌3min，最后用去離子水將銅片清洗干凈；

（3）自干型感光藍油的涂布和曝光：將自干型感光藍油與開油水按照1:2比例稀釋，隨后使用小型毛刷將得到的自干型感光藍油均勻地涂布于銅片兩面。待銅片兩面的藍油都干燥后，將所得的銅片置于紫外線曝光機里對任意一面進行曝光處理，接著將轉(zhuǎn)印的圖案置于銅片未曝光的一面進行曝光，曝光時間均為5s。

（4）結(jié)構(gòu)的顯影、蝕刻及脫模：以1:100的與水比例將顯影劑配成溶液對所得的銅片進行顯影，接著將顯影后的銅片置于濃度為16.67wt%的環(huán)保蝕刻劑溶液中蝕刻40min。蝕刻完畢后直接將所得的銅片置于濃度為9.09 wt%的脫模劑溶液中脫模，并用去離子水對所得銅片進行清洗。

（5）凸起邊緣的粗化處理：在所得銅片的光滑面貼上抗腐蝕感光藍膜，經(jīng)過曝光后將銅片置于濃度為16.67wt%的環(huán)保蝕刻劑溶液中蝕刻5min，隨后直接將所得的銅片置于濃度為9.09 wt%的脫模劑溶液中脫模，并用去離子水對所得的銅片清洗。

（6）銅集流體表面的氧化處理：將脫模后的銅片置于空氣中靜置12h，最后將銅片置于60℃溫度下保溫30min。

本實施例經(jīng)過步驟（4）后得到所述的凸起邊緣9和盲孔10主要起到增加所述銅集流體與活性物質(zhì)之間的結(jié)合強度的作用；經(jīng)過步驟（5）后得到權(quán)利要求1所述的珊瑚狀粗糙微結(jié)構(gòu)，主要起到增加所述銅集流體與活性物質(zhì)之間的有效接觸面積，減小接觸電阻的作用；經(jīng)過步驟（6）后得所述的氧化銅層，主要起到提高鋰離子電池比容量的作用。本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。