用兩步法和磷酸—高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用兩步法和磷酸—高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法，其特征在于：將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35℃～98℃溫度區(qū)間處理1min～30min，用水洗凈，最后自然干燥或用60℃～150℃溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。制備的鋁箔在電池或超級(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)。
【專利說明】用兩步法和磷酸一高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池電極制備的【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)電容器的含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
技術(shù)背景
[0002]鋰離子電池具有電池電壓高、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、自放電低等優(yōu)點(diǎn)，正極材料的性能對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，對于鋰離子電池來說，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、集流體在充放電過程中表面狀況變化情況對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，對被粘結(jié)鋁箔表面進(jìn)行處理的研究較少，主要通過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，上述預(yù)先在鋁箔集流體上涂覆石墨烯、碳粉等方法對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)明采用簡單的表面處理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)明的目的所采用的技術(shù)方案是:
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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處理時(shí)間在15秒?3 min范圍內(nèi)，除油溶液的溫度調(diào)整在55°C?70°C區(qū)間。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L,Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0005]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35°C?98°C溫度區(qū)間處理Imin?30 min,用水沖洗干凈,最后自然干燥或用60°C?150°C溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0006]所述的高猛酸鹽處理液的組成如下:高猛酸鹽I g/L?15g/L, 75 w.t.%磷酸Ig/L ?15g/L。
[0007]所述的高錳酸鹽是高錳酸鈉、高錳酸鉀或高錳酸鎂。
[0008]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)與高錳酸鹽反應(yīng)生成多孔性的表面膜。部分還原的低價(jià)錳的化合物進(jìn)入多孔膜中，在干燥過程中會(huì)被被固定住，對鋁的表面性能起著改善的作用，形成轉(zhuǎn)化膜。制備的含轉(zhuǎn)化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)。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。實(shí)施例僅是對本發(fā)明的進(jìn)一步補(bǔ)充和說明，而不是對發(fā)明的限制。
[0010]實(shí)施例1
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理I min，除油溶液的溫度為65°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0011]所述的轉(zhuǎn)化膜制備步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，于85°C處理12min，然后用水沖洗干凈，最后自然干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0012]所述的高錳酸鹽處理液的組成如下:高錳酸鈉12 g/L, 75 w.t.%磷酸2 g/L。
[0013]制備的含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體對折180°后回復(fù)至原來狀態(tài)記為180°，再折180°記為360°，依此類推。試驗(yàn)表明，制備的含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體連續(xù)折7123°不會(huì)折斷。取3g聚偏氟乙烯樹脂溶于29ml 二甲基乙酰胺制備粘膠。將該粘膠涂覆在表面改性的正極鋁箔集流體上，經(jīng)過180°C加熱處理lOmin，其剝離強(qiáng)度達(dá)到0.1006 N/mm2以上。在含轉(zhuǎn)化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133mAh/g。而在未經(jīng)過轉(zhuǎn)化膜處理的鋁箔上涂覆的磷酸鐵鋰樣品在2C倍率電流下，首次循環(huán)的放電容量只能達(dá)到106mAh/g。
[0014]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0015]實(shí)施例2
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理3 min。除油溶液的溫度為70°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0016]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在98°C處理30 min,然后用水沖洗干凈，最后用150°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。[0017]所述的高錳酸鹽處理液的組成如下:高錳酸鎂15g/L，75 w.t.%磷酸15g/L。
[0018]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0019]實(shí)施例3
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理15秒，除油溶液的溫度為55°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0020]所述的轉(zhuǎn)化膜制備步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35°C處理lmin，然后用水沖洗干凈，最后用60°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0021]所述的高錳酸鹽處理液的組成如下:高錳酸鉀I g/L，75 w.t.%磷酸I g/L。
[0022]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0023]實(shí)施例4
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理3 min，除油溶液的溫度為70°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0024]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在98°C處理2min，然后用水沖洗干凈，最后用150°C溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0025]所述的高猛酸鹽處理液的組成如下:高猛酸鉀I g/L, 75 w.t.%磷酸15g/L。
[0026]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0027]實(shí)施例5
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理35秒。除油溶液的溫度為62°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0028]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35°C處理30 min,用水沖洗干凈，最后用65°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0029]所述的高錳酸鹽處理液的組成如下:高錳酸鈉I g/L，75 w.t.%磷酸I g/L。
[0030]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0031]實(shí)施例6
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理3 min。除油溶液的溫度為57°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0032]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在65°C處理lmin，用水沖洗干凈，用120°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。[0033]所述的高錳酸鹽處理液的組成如下:高錳酸鎂12 g/L, 75 w.t.%磷酸I g/L。
[0034]制備的含轉(zhuǎn)化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)。
[0035]實(shí)施例7
將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理15秒。除油溶液的溫度為55°C。所述的除油溶液的組成是:Na3PO4* 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L。
[0036]所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35°C處理8min，然后用水沖洗干凈，最后用110°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0037]所述的高猛酸鹽處理液的組成如下:高猛酸鉀5g/L, 75 w.t.%磷酸I g/L。
[0038]制備的含轉(zhuǎn)化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.用兩步法和磷酸一高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法，其特征在于: 將鋁箔分別通過除油步驟和轉(zhuǎn)化膜形成步驟制得含轉(zhuǎn)化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，處理時(shí)間在15秒?3 min時(shí)間范圍內(nèi)；除油溶液的溫度調(diào)整在55°C?70°C溫度區(qū)間內(nèi)； 所述的除油溶液的組成是:Na3PO4 12 H2O 25g/L, Na2CO3 58 g/L，辛基苯酚聚氧乙烯醚3g/L ； 所述的轉(zhuǎn)化膜形成步驟是將經(jīng)過除油步驟處理的鋁箔置于高錳酸鹽處理液中，在35°C?98°C溫度區(qū)間處理Imin?30 min,然后用水沖洗干凈,最后自然干燥或用60V?150°C溫度區(qū)間的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體； 所述的高猛酸鹽處理液的組成如下:高猛酸鹽I g/L?15g/L, 75 w.t.%磷酸I g/L ?15g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用兩步法和磷酸一高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法，其特征在于所述的高錳酸鹽是高錳酸鈉、高錳酸鉀或高錳酸鎂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用兩步法和磷酸一高錳酸鹽改善正極鋁箔集流體的方法，其特征在于所述的含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔用于鋰電池、鋰離子電池、聚合物電池或超級(jí)電容器。
【文檔編號(hào)】H01G11/86GK103840165SQ201410125065
【公開日】2014年6月4日 申請日期: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, 劉燦培, 練沖, 任媛媛, 潘國濤, 呂超, 吳欽緣, 李秀華 申請人:福建師范大學(xué)