用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法，其特征在于：將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35℃～78℃溫度區(qū)間處理1min～30min,用水沖洗干凈，最后自然干燥或用70℃～160℃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。含轉(zhuǎn)化膜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】用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法
【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、用氟硼酸改善性能的正極鋁箔集流體。
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招箔集流體的表面性能，減小正極招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:
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35°C?78°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70°C?160°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。[0005]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸2 g/L?15g/L,硫酸鹽2 g/L?12g/L，氟硼酸鈉3 g/L?12g/L。
[0006]所述的硫酸鹽是硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣、硫酸鋅或硫酸鎂。
[0007]在處理液中，磷酸與鋁表面發(fā)生反應(yīng)，生成的多孔性的磷酸鋁會(huì)與氟硼酸鈉反應(yīng)生成含有氟硼酸根離子的多孔性的表面膜，對(duì)鋁的表面性能起著改善的作用。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】
[0008]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。
[0009]實(shí)施例1
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在68°C處理15min，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。
[0010]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸5 g/L，硫酸鋅6 g/L，氟硼酸鈉6 g/L0
[0011]含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體對(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，制備的含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體連續(xù)折7306°，不會(huì)折斷。將3g聚偏氟乙烯樹(shù)脂溶于29ml 二甲基乙酰胺制備粘膠。將該粘膠涂覆在含轉(zhuǎn)化膜的鋁箔上，經(jīng)過(guò)180°C加熱IOmin后的剝離強(qiáng)度達(dá)到0.0773 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131mAh/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，在相同電流下，首次循環(huán)的放電容量只能達(dá)到106mAh/g。
[0012]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)。
[0013]實(shí)施例2
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在78°C處理30 min,然后用水沖洗干凈，最后用160°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0014]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸15g/L，硫酸鎂12g/L，氟硼酸鈉12g/L0
[0015]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，具有耐折性好、與正極材料粘結(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3
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35°C處理lmin，然后用水沖洗干凈，最后用70°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0017]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸2 g/L，硫酸鈉2 g/L，氟硼酸鈉3 g/L0
[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4
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在78°C處理lmin，然后用水沖洗干凈，最后用100°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0020]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸2 g/L，硫酸鋅12g/L，氟硼酸鈉12g/L。
[0021]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)。
[0022]實(shí)施例5
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35°C處理30 min,然后用水沖洗干凈，最后用138°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0023]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸15g/L，硫酸鋅2 g/L，氟硼酸鈉3 g/L。
[0024]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)。
[0025]實(shí)施例6
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在66°C處理7min，然后用水沖洗干凈，最后用80°C熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0026]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸5 g/L，硫酸鉀7 g/L，氟硼酸鈉5 g/L0
[0027]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)。
[0028]實(shí)施例7
將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35°C處理2min，然后用水沖洗干凈，最后用77°C的熱空氣干燥，制得含轉(zhuǎn)化膜的正極鋁箔集流體。
[0029]所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸2 g/L，硫酸鈣10 g/L，氟硼酸鈉7 g/L0
[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)。
【權(quán)利要求】
1.用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法，其特征在于:將鋁箔用氟硼酸鈉處理液在35°C?78°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70°C?160°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； 所述的氟硼酸鈉處理液的組成如下:磷酸2 g/L?15g/L,硫酸鹽2 g/L?12g/L,氟硼酸鈉3 g/L?12g/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法，其特征在于所述的硫酸鹽是硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鈣、硫酸鋅或硫酸鎂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用氟硼酸改善正極鋁箔集流體性能的制備方法，其特征在于所述的含轉(zhuǎn)化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)】H01M4/66GK103840169SQ201410125066
【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, 呂超, 朱德欽, 李秀華, 任媛媛, 潘國(guó)濤, 吳欽緣 申請(qǐng)人:福建師范大學(xué)