碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法与流程

本发明涉及锂电池，尤其是指碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法。

背景技术：

1、集流体的作用是汇集电流以及承载正负极活性物质。锂电池的工作原理是锂离子在正极和负极之间移动来实现充放电，在此过程中，集流体是正负极用于附着活性物质的关键材料，通过接触活性物质作为导体使电流汇聚并输出，从而实现化学能转化为电能的过程，对锂离子电池的内阻及循环性能有很大的影响。

2、传统集流体是纯金属制成的箔片，锂电池负极一般用铜箔，但是纯金属铜箔价格较贵，且密度大。为了减小负极集流体的质量，现有技术还采用碳材料作为集流体，以减小负极集流体的质量，但是碳材料集流体需要采用高分子粘结剂进行粘结，高分粘结剂由于不导电而影响集流体的导电性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，以解决现有含碳集流体需要采用高分子粘结剂粘结成膜的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其包括如下制备步骤：

4、步骤一、制备碳纳米管水系分散液；

5、步骤二、将海绵完全浸入碳纳米管水系分散液中，使碳纳米管均匀附着于海绵的孔洞内，取出海绵并干燥，获得碳纳米管包覆的海绵；

6、步骤三、配制铜电镀液，以铜片作为阳极，以碳纳米管包覆的海绵作为阴极进行电镀，电镀完成后对海绵进行清洗、干燥，获得铜-碳纳米管包覆的海绵；

7、步骤四、将铜-碳纳米管包覆的海绵在空气氛围中加热，去除海绵，然后升温在氢气氩气混合气氛中高温烧结，将铜还原，获得铜-碳纳米管结合体；

8、步骤五、在惰性气体保护下，对铜-碳纳米管结合体进行加热压延，使铜层相互融合，获得铜-碳纳米管复合集流体。

9、本发明的有益效果：

10、本发明通过将海绵浸入碳纳米管水系分散液中，使碳纳米管被吸附至海绵的孔洞内，由于海绵的孔洞均匀分布，采用海绵作为模板吸附碳纳米管可使碳纳米管均匀附着于海绵上，由于碳纳米管具有导电性，将吸附了碳纳米管的海绵作为负极，铜片作为阳极，在铜电镀液中，使海绵上的碳纳米管表面镀覆铜层，完成电镀后将海绵取出并在空气中加热，使海绵被烧除掉。此时，由于碳纳米管具有一定的长度，且在较高温度下碳纳米管之间会产生一定的吸引力，加热去除掉海绵后，原本吸附于海绵相邻孔洞内的碳纳米管形成首尾搭接粘结或缠绕的状态，形成连续的碳纳米管膜，且碳纳米管表面包覆铜层，最后在氩气氢气混合气体中高温烧结将铜还原，再通过热压使铜层熔融粘结相邻的碳纳米管，提高碳纳米管和铜层的粘结牢固性以及集流体薄膜厚度均一性，最终形成具有高导电性、高力学性能的铜-碳纳米管集流体。本发明的集流体不含不导电的高分子粘结剂，以高导电性的铜作为碳纳米管的粘结剂，不仅提高集流体的导电性和机械性能，且降低了集流体的密度和质量，有利于提高锂电池的能量密度。

技术特征：

1.碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，所述碳纳米管水系分散液的质量浓度为1％-5％。

3.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，所述海绵为聚氨酯吸水海绵，所述海绵的孔隙度大于或等于80％，所述海绵的孔洞直径为20-50um。

4.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，所述铜电镀液包括硫酸铜溶液和浓硫酸。

5.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，所述电镀电流密度为0.5-2a/dm2，电镀时间为60-300s。

6.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，步骤四中，在空气中的加热温度为300-500℃，加热10-20min。

7.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，步骤四中，高温烧结温度为800-1100℃，烧结时间为20-30min。

8.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，步骤四中，氢气与氩气的体积比为5:90-100。

9.根据权利要求1所述的碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，其特征在于，步骤五中，使用10吨对辊，将对辊加热至400-600℃，对铜-碳纳米管结合体进行压延。

技术总结
本发明涉及锂电池技术领域，尤其是指碳包覆海绵模板表面电镀铜制备复合集流体的方法，包括将海绵完全浸入碳纳米管水系分散液中，取出海绵并干燥，获得碳纳米管包覆的海绵；配制铜电镀液，以铜片作为阳极，以碳纳米管包覆的海绵作为阴极进行电镀，电镀完成后对海绵进行清洗、干燥，获得铜‑碳纳米管包覆的海绵；将铜‑碳纳米管包覆的海绵在空气氛围中加热，去除海绵，然后升温在氢气氩气混合气氛中高温烧结，将铜还原，获得铜‑碳纳米管结合体；在惰性气体保护下，对铜‑碳纳米管结合体进行加热压延，使铜层相互融合，获得铜‑碳纳米管复合集流体。制得的集流体具有优异的导电性和机械性能，且降低了集流体的密度。

技术研发人员：曾志远,李忻达,黄少真,张吉,王东锋
受保护的技术使用者：深圳市飞墨科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/15