集流体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种集流体的制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米管结构的集流体的 制备方法。
【背景技术】
[0002] 集流体是电化学电池的一个重要主要组成部分。在电化学电池中，集流体表面通 常承载电极活性材料并接触电解液，能为电化学反应提供电子通道，以加快电子转移，并将 电子传输到外电路形成电流。因此，集流体的性能与电化学电池的性能密切相关。
[0003] 现有的集流体通常由导电金属层制备，如铜箔及铝箔等。然而，这些金属层极容易 被氧化形成一层钝化膜，或者在电解液中被腐蚀形成一绝缘层，该钝化膜或者绝缘层极大 地增加了电极活性材料和该金属层的接触电阻，从而降低了电化学电池的容量及能量转换 效率。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种与电极活性材料之间具有较小接触电阻的集流体的 制备方法。
[0005] -种集流体的制备方法，包括：提供一碳纳米管层，所述碳纳米管层具有相对的第 一表面及第二表面，该碳纳米管层包括多个碳纳米管，至少部分碳纳米管间隔设置形成多 个微孔；在所述碳纳米管层的第一表面电镀一第一金属层，在所述碳纳米管层的第二表面 电镀一第二金属层，形成一碳纳米管复合层；及撕开所述碳纳米管复合层，使所述碳纳米管 层分割为第一子碳纳米管层及第二子碳纳米管层，所述第一子碳纳米管层贴附于所述第一 金属层的表面，所述第二子碳纳米管层贴附于所述第二金属层的表面。
[0006] -种集流体的制备方法，包括：提供一第一金属层；提供一碳纳米管层，所述碳纳 米管层包括相对的第一表面及第二表面，将所述碳纳米管层的第一表面贴附于所述第一金 属层的表面；在所述碳纳米管层的第二表面电镀一第二金属层，形成一碳纳米管复合层； 及撕开所述碳纳米管复合层，使所述碳纳米管层形成一第一子碳纳米管层贴附于所述第一 金属层的表面，一第二子碳纳米管层层贴附于所述第二金属层的表面，形成两个集流体。
[0007] 与现有技术相比较，由本发明提供的集流体的制备方法，通过电镀的方式使所述 碳纳米管牢固的夹持于第一金属层及第二金属层之间，然后再分离的方式形成集流体，可 一次得到两个以上的集流体，使所述碳纳米管层牢固的固定与所述第一金属层或第二金属 层表面，并且阻断了金属层与电解液直接接触，从而可阻止电解液与金属层之间的腐蚀反 应，降低了腐蚀产物对集流体与电极材料层之间的接触电阻的影响，提高的电池容量及转 换效率。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明第一实施例提供的集流体的制备方法的流程图。
[0009] 图2是本发明第一实施例提供的集流体中碳纳米管膜的结构示意图。
[0010] 图3是本发明第一实施例提供的集流体中碳纳米管层的结构示意图。
[0011] 图4是本发明第一实施例在所述碳纳米管层表面电镀金属层的流程图。
[0012] 图5为本发明第一实施例提供的集流体的制备方法中撕开所述碳纳米管复合层 的流程图。
[0013] 图6为本发明第二实施例提供的集流体的制备方法的流程图。
[0014] 主要元件符号说明
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0015] 下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的集流体及其制备方法作进一步的 详细说明。
[0016] 请参阅图1，本发明还提供一种集流体10的制备方法，包括以下步骤： 步骤S10,提供一碳纳米管层110,所述碳纳米管层110包括相对的第一表面111及第 二表面113 ; 步骤S11，在所述碳纳米管层110的第一表面111电锻一第一金属层120,在所述碳纳 米管层110的第二表面113电镀一第二金属层130,形成一碳纳米管复合层11 ;及 步骤S12,撕开所述碳纳米管复合层11，使所述碳纳米管层110分割为第一子碳纳米管 层114及第二子碳纳米管层116,所述第一子碳纳米管层114贴附于所述第一金属层120的 表面，所述第二子碳纳米管层116贴附于所述第二金属层130的表面。
[0017] 在步骤S10中，所述碳纳米管层110可设置于一基板（图未示)的表面，也可通过一 固定框悬空设置，从而使所述碳纳米管层10在后续的溶液中能够悬空设置。所述基板可为 绝缘基板或导电基板。由于所述碳纳米管层110为一自支撑结构，因此可通过间隔设置的 支撑体支撑，将所述碳纳米管层110悬空设置。所述碳纳米管结构可包括多层层叠设置的 碳纳米管膜，所述多层碳纳米管膜层叠且交叉设置，不同层碳纳米管膜中的碳纳米管之间 相互交织形成一网状结构。每一碳纳米管膜包括多个碳纳米管，所述多个碳纳米管沿同一 方向择优取向排列。所述择优取向是指在碳纳米管膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管膜的表面。 进一步地，所述碳纳米管膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。所述碳纳米管层110 包括多个微孔112,所述多个微孔112沿垂直于碳纳米管层110厚度的方向贯穿所述碳纳米 管层110。本实施例中，所述碳纳米管层110通过一固定框悬空设置。
[0018] 在步骤S11中，所述第一金属层120通过电镀的方式形成在所述碳纳米管层110 的第一表面111。具体的，所述第一金属层120的电镀方法包括如下步骤： 步骤S111，提供一含有金属离子的溶液； 步骤S112,将所述碳纳米管层110浸入所述溶液中，所述碳纳米管层110的第一表面 111及第二表面113暴露于溶液中，并与溶液中的一电极片平行且间隔设置； 步骤S113,在所述碳纳米管层110与所述电极片之间形成一电势差，使金属离子还原 为金属并电镀在所述碳纳米管层110的第一表面111及第二表面113,形成所述第一金属层 120及第二金属层130。
[0019] 在步骤S111中，含有金属离子的溶液的形成方法不限，只要保证所述溶液中能够 形成金属离子即可。所述金属离子的浓度可根据所需第一金属层120及第二金属层130的 厚度等实际需要进行选择。本实施例中，所述溶液通过将硫酸铜溶解于水中的方式形成铜 离子溶液。
[0020] 在步骤S112中，所述碳纳米管层110与所述电极片间隔设置，所述间隔距离距离 为可为0. 5厘米~3厘米，也可根据实际需要进行选择。所述电极片包括惰性石墨电极片、 钼电极片、不锈钢电极片及层状碳纳米管结构，其面积大于等于碳纳米管薄膜的面积。所述 电极片起到电极的作用，只要导电性好，且具有惰性即可满足要求。所述碳纳米管层110悬 浮于所述金属离子溶液中，具体的，由于所述碳纳米管层110通过固定框悬空设置，因此将 其浸入金属离子溶液中时，位于固定框之间的碳纳米管层110悬浮于所述溶液中。本实施 例中，所述电极片为铜片，且所述铜片的面积大于所述碳纳米管层110的面积。
[0021] 在步骤S113中，在碳纳米管层110与电极片之间形成一电势差，并使电极片与电 源正极相连作阳极，碳纳米管层110与电源负极相连作阴极，金属离子在作为阴极的碳纳 米管层110上发生还原反应，形成金属颗粒并附着在所述碳纳米管的管壁上。另外，在电镀 的过程中，所述碳纳米管层110中碳纳米管的表面形成多个悬挂键，使得所述金属颗粒通 过所述碳纳米管的悬挂键与所述碳纳米管紧密结合。进一步，所述金属颗粒在所述碳纳米 管层110的表面彼此相互连结，形成一连续的结构，从而使第一金属层120及第二金属层 130均为一连续的结构。另外，部分金属离子还原为金属颗粒附着在所述微孔112位置处的 碳纳米管表面，并使得第一金属层120与第二金属层130在该微孔112位置处相互融合形 成一体结构。
[0022] 所述在阳极与阴极之间形成电势差的方法包括在阳极与阴极之间施加恒流、恒压 或扫描电势等。本实施例中，在正电极与负电极之间形成电势差的方法为施加恒压，阳极与 阴极之间施加的电压为〇.5~1. 2伏特，时间为0. 5小时~4小时。
[0023] 进一步,在步骤S112中，所述第一金属层120及第二金属层130也可分步形成，具 体的，也可先将所述碳纳米管层110的第二表面113贴附于一基板（图未示)，仅使第一表面 111暴露在金属离子溶液中，先在第一表面111电锻形成第一金属层120 ;然后再将电锻有 第一金属层120的碳纳米管层110反转，使所述碳纳米管层110的第二表面113暴露在金 属离子溶液中，并与所述电极片相对设置，然后在第二表面113电镀所述第二金属层130。
[0024] 进一步，在电镀第二金属层130的过程中，部分第二金属层130贯穿所述微孔112， 从而与所述第一金属层120接触并形成一体结构，将所述碳纳米管层110夹持于所述第一 金属层120与第二金属层130之间。可以理解，由于所述碳纳米管层110浸入所述金属离 子溶液中，因此，所述金属离子同时在所述碳纳米管层110的第一表面111及第二表面113 电镀，即所述第二金属层130与所述第一金属层120可同时形成。
[0025] 进一步，电镀形成所述第二金属层130之后，还可以进一步包括一采用清洗溶液 清洗并烘干所述碳纳米管层110、所述第一金属层120及第二金属层130的步骤，以去除残 留的其他杂质，并使第一金属层120及第二金属层130更加牢固的键合于所述碳纳米管层 110的表面。
[0026] 在步骤S12中，所述碳纳米管复合层11可通过在所述碳纳米管复合层11相对的 两个表面施加相反方向的作用力，使所述碳纳米管复合层11分为两部分。请一并参阅图5， 所述碳纳米管复合层11的断开方法包括如下步骤： 步骤S121，向所述碳纳米管复合层11相对的两个表面施加相反方向的作用力F