一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法
【專利摘要】一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，屬于鋰離子電池【技術領域】。將銅箔浸泡在堿溶液中30～90s；將銅箔從堿溶液中取出，然后浸泡在熱去離子水中；將銅箔取出，浸泡在室溫下的去離子水中；將銅箔取出，浸泡在硝酸溶液中30～60s，取出后浸泡在去離子水中；將銅箔取出，浸泡在轉化溶液中90～150s，取出后浸泡在去離子水中；將銅箔取出，室溫下干燥6～8小時，從而實現對鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理。本發明處理后的銅箔表面更粗糙，同時促進了活性材料與集流體之間的電子快速轉移，降低了集流體與活性材料之間的接觸電阻。
【專利說明】一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法。
【背景技術】
[0002]1990年前后發明了鋰離子電池，1991年實現了商品化。它是在鋰電池的基礎上發展而來的。最初的鋰離子電池僅應用于攝像機、手機領域。目前鋰離子電池已獨占手機和筆記本電腦市場，在電動工具、電動汽車(EV/PHEV/HEV)、儲能等領域已成為最有競爭力的候選產品，電動汽車和儲能成為鋰離子電池未來最大的潛在市場。近年來，鋰離子電池在軍用及航空航天領域的應用逐漸增加，軍事通信、魚雷、潛艇、導彈、飛天、探月等領域鋰離子電池的身影也隨處可見。
[0003]金屬箔是鋰離子電池集流體的主要材料，其作用是將電池活性物質產生的電流匯集起來，以便形成較大的電流輸出。根據鋰離子電池的工作原理和結構設計，負極材料需涂覆于導電集流體銅箔上。銅箔表面易與空氣中的氧發生氧化反應，形成一層氧化膜(鈍化膜)。該表面氧化膜是半導體，電子能夠導通，但若這一層鈍化膜太厚，阻抗較大，則將增加電池內阻，從而使鋰離子電池容量降低。
【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其步驟如下:
[0005]I)將銅箔浸泡在堿溶液中30~90s ;
[0006]2)將銅箔從堿溶液中取出，然后浸泡在熱去離子水中；
[0007]3)將銅箔取出，浸泡在室溫下的去離子水中；
[0008]4)將銅箔取出，浸泡在硝酸溶液中30~60s，取出后浸泡在去離子水中；
[0009]5)將銅箔取出，浸泡在轉化溶液中90~150s，取出后浸泡在去離子水中；
[0010]6)將銅箔取出，室溫下干燥6~8小時，從而實現對鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理。
[0011]本發明所使用的堿溶液為NaOH溶液，其濃度為60~70g/L ;所使用的硝酸溶液濃度為250~300g/L ;熱去離子水的溫度為50~60°C;轉化液組成為三氧化鉻4~6g/L，氟鋯酸鉀3~5g/L，氟化鈉2~4g/L，鐵氰化鉀2~5g/L，硼酸1.2~3g/L，表面活性劑4~10mg/L，轉化液的pH值在1.4~3.8的范圍內。所有在去離子水中的浸泡時間均為20~50so
[0012]表面活性劑為異構脂肪醇聚氧乙烯醚，主要成分為異構醇與環氧乙烷加成物，德國貝斯曼品牌，廣州君鑫化工科技有限公司生產。
[0013]本發明的特點是:
[0014]I)本發明處理后的銅箔保持了其表面的質量和厚度的均勻性。[0015]2)本發明是采用氧化還原法將集流體銅箔表面的氧化層及一些雜質去除掉，其表面形成致密的導電薄膜，防止銅箔表面再一次的被氧化。
[0016]3)本發明處理后的銅箔表面更粗糙，同時促進了活性材料與集流體之間的電子快速轉移，降低了集流體與活性材料之間的接觸電阻。
[0017]4)本發明所采用的處理方法相比其他方法操作要更簡單，操作所需要的條件更少，成本較低廉，轉化溶液可以循環使用，工作環境比較隨意，制備過程無危險性，對人體無害，對環境無污染。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:實施例1制備的鋰離子電池的內阻大小對比曲線；
[0019]曲線I為未處理銅箔的鋰離子電池，曲線2為處理銅箔的鋰離子電池；
[0020]圖2:實施例2制備的鋰離子電池的最大容量下降比率曲線；
[0021]曲線I為未處理銅箔的鋰離子電池，曲線2為處理銅箔的鋰離子電池。
【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]對于處理前的 銅箔需用抹布擦拭其表面，將表面存有的可見顆粒處理掉。
[0024]準備7個0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面積是1.5m2)，在室溫20°C下。第一個玻璃槽裝IOcm深的65g/L的NaOH的溶液；第二個裝深0.1米，保持55°C的熱去離子水；第三個、第五和第七個都裝0.15米深的去離子水；第四個裝0.1米深的硝酸，濃度為260g/L ;第六個裝0.1米深的轉化液，其組成三氧化鉻:5g/L，氟鋯酸鉀:3.2g/L，氟化鈉:2g/L，鐵氰化鉀:2g/L，硼酸:2.8g/L，表面活性劑:6mg/L，總的溶液pH=l.5。
[0025]將表面光滑的銅箔首先浸泡在第一個玻璃槽的溶液里42s的時間，轉移到第二個玻璃槽中用55°C熱去離子水浸泡30s，接著在第三個玻璃槽中用去離子水浸泡35s，然后浸泡在第四個玻璃槽中的溶液里50s,再用第五個玻璃槽中的去離子水浸泡35s,最后浸泡在第六個玻璃槽中2min，再用第七個玻璃槽中的去離子水浸泡40s，取出并在室溫下干燥8小時。
[0026]采用此銅箔與未處理的銅箔作為集流體制作紐扣電池(型號CR2032)。制作完成后檢測其導電性能。
[0027]如圖1，結果表明經過轉化處理后的銅箔作為集流體的鋰離子電池的內阻要比未處理過的銅箔作為集流體的鋰離子電池小。由此得出結論，處理過后的銅箔作為集流體具有更好的導電性，大大減小了鋰離子電池的自放電，從而延長了鋰離子電池的使用壽命。
[0028]實施例2
[0029]對于處理前的銅箔需用抹布擦拭其表面，將存有的可見顆粒處理掉。
[0030]準備7個0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面積是1.5m2)，在室溫20°C下。第一個玻璃槽裝0.1米深的64g/L的NaOH的溶液；第二個裝深0.1米、保持55°C的熱去離子水；第三個、第五和第七個都裝0.15米深的去離子水；第四個裝0.1深的硝酸，濃度為280g/L ;第六個裝0.1米深的轉化處理溶液，其組成三氧化鉻:4.8g/L，氟鋯酸鉀:3.6g/L，氟化鈉:2.4g/L，鐵氰化鉀:2.5g/L，硼酸:1.8g/L，表面活性劑:5mg/L，總的溶液pH=l.8。[0031]將表面光滑的銅箔首先浸泡在第一個玻璃槽的溶液里50s的時間，轉移到第二個玻璃槽中用55°C熱去離子水浸泡30s，接著在第三個玻璃槽中用去離子水浸泡35s，然后浸泡在第四個玻璃槽中的溶液里50s,再用第五個玻璃槽中的去離子水浸泡35s,最后浸泡在第六個玻璃槽中2.5min，再用第七個玻璃槽中的去離子水浸泡40s，取出并在室溫下干燥8小時。
[0032]采用此銅箔與未處理的銅箔作為集流體制作紐扣電池(型號CR2032)。制作完成后檢測其循環性能下降比率(將紐扣電池循環充放電1000次，測量其最大容量下降比率)。
[0033]如圖2，結果表明經過轉化處理后的銅箔作為集流體的鋰離子電池的循環容量下降比率要比未處理過的銅箔作為集流體的鋰離子電池小。由此得出結論，轉化處理后的銅箔作為集流體更能提高鋰離子電池的循環性能，從而增加了鋰離子電池的循環次數。
[0034]實施例3
[0035]對于處理前的銅箔需用抹布擦拭其表面，將存有的可見顆粒處理掉。
[0036]準備7個0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面積是1.5m2)，在室溫20°C下。第一個玻璃槽裝IOcm深的68g/L的NaOH的溶液；第二個裝深0.1米，保持55°C的熱去離子水；第三個、第五和第七個都裝0.15米深的去離子水；第四個裝0.1深的硝酸，濃度為269g/L ;第六個裝0.1米深的轉化處理溶液，其組成三氧化鉻:4.5g/L，氟鋯酸鉀:4.2g/L，氟化鈉:3.52g/L，鐵氰化鉀:4.2g/L，硼酸:2.8g/L，表面活性劑:4mg/L，總的溶液pH=l.6。
[0037]將表面光滑的銅箔首先浸泡在第一個玻璃槽的溶液里30s的時間，轉移到第二個玻璃槽中用55°C熱去離子水浸泡30s，接著在第三個玻璃槽中用去離子水浸泡35s，然后浸泡在第四個玻璃槽中的溶液`里50s,再用第五個玻璃槽中的去離子水浸泡35s,最后浸泡在第六個玻璃槽中2min，再用第七個玻璃槽中的去離子水浸泡40s，取出并在室溫下干燥8小時。
[0038]采用此銅箔與未處理的銅箔作為集流體制作紐扣鋰離子電池。制作完成后檢測其導電性能來驗證實施例1的結論，所的結論一樣。
[0039]實施例4
[0040]對于處理前的銅箔需用抹布擦拭其表面，將存有的可見顆粒處理掉。
[0041]準備7個0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面積是1.51112)，在室溫201:下。第一個玻璃槽裝IOcm深的62g/L的NaOH的溶液；第二個裝深0.1米，保持55°C的熱去離子水；第三個、第五和第七個都裝0.15米深的去離子水；第四個裝0.1深的硝酸，濃度為220g/L ;第六個裝0.1米深的轉化處理溶液，其組成三氧化鉻:6g/L，氟鋯酸鉀:4.9g/L，氟化鈉:3.6g/L，鐵氰化鉀:5g/L，硼酸:3g/L，表面活性劑:5mg/L，總的溶液pH=l.4。
[0042]將表面光滑的銅箔首先浸泡在第一個玻璃槽的溶液里60s的時間，轉移到第二個玻璃槽中用55°C熱去離子水浸泡30s，接著在第三個玻璃槽中用去離子水浸泡35s，然后浸泡在第四個玻璃槽中的溶液里50s,再用第五個玻璃槽中的去離子水浸泡35s,最后浸泡在第六個玻璃槽中1.5min，再用第七個玻璃槽中的去離子水浸泡40s，取出并在室溫下干燥8小時。
[0043]采用此銅箔與未處理的銅箔作為集流體制作紐扣鋰離子電池。制作完成后檢測其循環性能下降比率，來驗證實施例2的結論，所的結論一樣。
[0044]實施例5[0045]對于處理前的銅箔需用抹布擦拭其表面，將存有的可見顆粒處理掉。
[0046] 準備7個0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面積是1.5m2)，在室溫20°C下。第一個玻璃槽裝IOcm深的60g/L的NaOH的溶液；第二個裝深0.1米，保持55°C的熱去離子水；第三個、第五和第七個都裝0.15米深的去離子水；第四個裝0.1深的硝酸，濃度為300g/L ;第六個裝0.1米深的轉化處理溶液，其組成三氧化鉻:4.8g/L，氟鋯酸鉀:5g/L，氟化鈉:4g/L，鐵氰化鉀:4.6g/L，硼酸:2.2g/L，表面活性劑:10mg/L，總的溶液pH=3.8。
[0047]將表面光滑的銅箔首先浸泡在第一個玻璃槽的溶液里20s的時間，轉移到第二個玻璃槽中用55°C熱去離子水浸泡30s，接著在第三個玻璃槽中用去離子水浸泡35s，然后浸泡在第四個玻璃槽中的溶液里50s,再用第五個玻璃槽中的去離子水浸泡35s,最后浸泡在第六個玻璃槽中2.5min，再用第七個玻璃槽中的去離子水浸泡40s，取出并在室溫下干燥8小時。
[0048]采用此銅箔與未處理的銅箔作為集流體制作紐扣鋰離子電池。制作完成后檢測其循環性能下降比率，來驗證實施例2的結論，所得結果一樣。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其步驟如下: 1)將銅箔浸泡在堿溶液中30~90s;2)將銅箔從堿溶液中取出，然后浸泡在熱去離子水中；3)將銅箔取出，浸泡在室溫下的去離子水中；4)將銅箔取出，浸泡在硝酸溶液中30~60s，取出后浸泡在去離子水中；5)將銅箔取出，浸泡在轉化溶液中90~150s，取出后浸泡在去離子水中；6)將銅箔取出，室溫下干燥6~8小時，從而實現對鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理；轉化液組成為三氧化鉻4~6g/L，氟鋯酸鉀3~5g/L，氟化鈉2~4g/L，鐵氰化鉀2~5g/L,硼酸1.2~3g/L，表面活性劑4~10mg/L，轉化液的pH值在1.4~3.8的范圍內。
2.如權利要求1所述的一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其特征在于:堿溶液為NaOH溶液，其濃度為60~70g/L。
3.如權利要求1所述的一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其特征在于:硝酸溶液濃度為250~300g/L。
4.如權利要求1所述的一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其特征在于:熱去離子水的溫度為50~60°C。
5.如權利要求1所述的一種鋰離子電池負極集流體銅箔的氧化還原處理方法，其特征在于:在去離子水中的浸泡時間為20~50s。
【文檔編號】C23C22/37GK103602972SQ201310627019
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】韓煒, 席云龍, 劉喜龍, 康書文, 周亮 申請人:長春吉大科諾科技有限責任公司