一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法
【专利摘要】一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，属于锂离子电池【技术领域】。将铜箔浸泡在碱溶液中30～90s；将铜箔从碱溶液中取出，然后浸泡在热去离子水中；将铜箔取出，浸泡在室温下的去离子水中；将铜箔取出，浸泡在硝酸溶液中30～60s，取出后浸泡在去离子水中；将铜箔取出，浸泡在转化溶液中90～150s，取出后浸泡在去离子水中；将铜箔取出，室温下干燥6～8小时，从而实现对锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理。本发明处理后的铜箔表面更粗糙，同时促进了活性材料与集流体之间的电子快速转移，降低了集流体与活性材料之间的接触电阻。
【专利说明】一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法。
【背景技术】
[0002]1990年前后发明了锂离子电池，1991年实现了商品化。它是在锂电池的基础上发展而来的。最初的锂离子电池仅应用于摄像机、手机领域。目前锂离子电池已独占手机和笔记本电脑市场，在电动工具、电动汽车(EV/PHEV/HEV)、储能等领域已成为最有竞争力的候选产品，电动汽车和储能成为锂离子电池未来最大的潜在市场。近年来，锂离子电池在军用及航空航天领域的应用逐渐增加，军事通信、鱼雷、潜艇、导弹、飞天、探月等领域锂离子电池的身影也随处可见。
[0003]金属箔是锂离子电池集流体的主要材料，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出。根据锂离子电池的工作原理和结构设计，负极材料需涂覆于导电集流体铜箔上。铜箔表面易与空气中的氧发生氧化反应，形成一层氧化膜(钝化膜)。该表面氧化膜是半导体，电子能够导通，但若这一层钝化膜太厚，阻抗较大，则将增加电池内阻，从而使锂离子电池容量降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其步骤如下:
[0005]I)将铜箔浸泡在碱溶液中30~90s ;
[0006]2)将铜箔从碱溶液中取出，然后浸泡在热去离子水中；
[0007]3)将铜箔取出，浸泡在室温下的去离子水中；
[0008]4)将铜箔取出，浸泡在硝酸溶液中30~60s，取出后浸泡在去离子水中；
[0009]5)将铜箔取出，浸泡在转化溶液中90~150s，取出后浸泡在去离子水中；
[0010]6)将铜箔取出，室温下干燥6~8小时，从而实现对锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理。
[0011]本发明所使用的碱溶液为NaOH溶液，其浓度为60~70g/L ;所使用的硝酸溶液浓度为250~300g/L ;热去离子水的温度为50~60°C;转化液组成为三氧化铬4~6g/L，氟锆酸钾3~5g/L，氟化钠2~4g/L，铁氰化钾2~5g/L，硼酸1.2~3g/L，表面活性剂4~10mg/L，转化液的pH值在1.4~3.8的范围内。所有在去离子水中的浸泡时间均为20~50so
[0012]表面活性剂为异构脂肪醇聚氧乙烯醚，主要成分为异构醇与环氧乙烷加成物，德国贝斯曼品牌，广州君鑫化工科技有限公司生产。
[0013]本发明的特点是:
[0014]I)本发明处理后的铜箔保持了其表面的质量和厚度的均匀性。[0015]2)本发明是采用氧化还原法将集流体铜箔表面的氧化层及一些杂质去除掉，其表面形成致密的导电薄膜，防止铜箔表面再一次的被氧化。
[0016]3)本发明处理后的铜箔表面更粗糙，同时促进了活性材料与集流体之间的电子快速转移，降低了集流体与活性材料之间的接触电阻。
[0017]4)本发明所采用的处理方法相比其他方法操作要更简单，操作所需要的条件更少，成本较低廉，转化溶液可以循环使用，工作环境比较随意，制备过程无危险性，对人体无害，对环境无污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1:实施例1制备的锂离子电池的内阻大小对比曲线；
[0019]曲线I为未处理铜箔的锂离子电池，曲线2为处理铜箔的锂离子电池；
[0020]图2:实施例2制备的锂离子电池的最大容量下降比率曲线；
[0021]曲线I为未处理铜箔的锂离子电池，曲线2为处理铜箔的锂离子电池。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023]对于处理前的 铜箔需用抹布擦拭其表面，将表面存有的可见颗粒处理掉。
[0024]准备7个0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面积是1.5m2)，在室温20°C下。第一个玻璃槽装IOcm深的65g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55°C的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1米深的硝酸，浓度为260g/L ;第六个装0.1米深的转化液，其组成三氧化铬:5g/L，氟锆酸钾:3.2g/L，氟化钠:2g/L，铁氰化钾:2g/L，硼酸:2.8g/L，表面活性剂:6mg/L，总的溶液pH=l.5。
[0025]将表面光滑的铜箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里42s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55°C热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s,再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s,最后浸泡在第六个玻璃槽中2min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
[0026]采用此铜箔与未处理的铜箔作为集流体制作纽扣电池(型号CR2032)。制作完成后检测其导电性能。
[0027]如图1，结果表明经过转化处理后的铜箔作为集流体的锂离子电池的内阻要比未处理过的铜箔作为集流体的锂离子电池小。由此得出结论，处理过后的铜箔作为集流体具有更好的导电性，大大减小了锂离子电池的自放电，从而延长了锂离子电池的使用寿命。
[0028]实施例2
[0029]对于处理前的铜箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
[0030]准备7个0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面积是1.5m2)，在室温20°C下。第一个玻璃槽装0.1米深的64g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米、保持55°C的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为280g/L ;第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬:4.8g/L，氟锆酸钾:3.6g/L，氟化钠:2.4g/L，铁氰化钾:2.5g/L，硼酸:1.8g/L，表面活性剂:5mg/L，总的溶液pH=l.8。[0031]将表面光滑的铜箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里50s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55°C热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s,再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s,最后浸泡在第六个玻璃槽中2.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
[0032]采用此铜箔与未处理的铜箔作为集流体制作纽扣电池(型号CR2032)。制作完成后检测其循环性能下降比率(将纽扣电池循环充放电1000次，测量其最大容量下降比率)。
[0033]如图2，结果表明经过转化处理后的铜箔作为集流体的锂离子电池的循环容量下降比率要比未处理过的铜箔作为集流体的锂离子电池小。由此得出结论，转化处理后的铜箔作为集流体更能提高锂离子电池的循环性能，从而增加了锂离子电池的循环次数。
[0034]实施例3
[0035]对于处理前的铜箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
[0036]准备7个0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面积是1.5m2)，在室温20°C下。第一个玻璃槽装IOcm深的68g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55°C的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为269g/L ;第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬:4.5g/L，氟锆酸钾:4.2g/L，氟化钠:3.52g/L，铁氰化钾:4.2g/L，硼酸:2.8g/L，表面活性剂:4mg/L，总的溶液pH=l.6。
[0037]将表面光滑的铜箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里30s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55°C热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液`里50s,再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s,最后浸泡在第六个玻璃槽中2min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
[0038]采用此铜箔与未处理的铜箔作为集流体制作纽扣锂离子电池。制作完成后检测其导电性能来验证实施例1的结论，所的结论一样。
[0039]实施例4
[0040]对于处理前的铜箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
[0041]准备7个0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面积是1.51112)，在室温201:下。第一个玻璃槽装IOcm深的62g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55°C的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为220g/L ;第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬:6g/L，氟锆酸钾:4.9g/L，氟化钠:3.6g/L，铁氰化钾:5g/L，硼酸:3g/L，表面活性剂:5mg/L，总的溶液pH=l.4。
[0042]将表面光滑的铜箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里60s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55°C热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s,再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s,最后浸泡在第六个玻璃槽中1.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
[0043]采用此铜箔与未处理的铜箔作为集流体制作纽扣锂离子电池。制作完成后检测其循环性能下降比率，来验证实施例2的结论，所的结论一样。
[0044]实施例5[0045]对于处理前的铜箔需用抹布擦拭其表面，将存有的可见颗粒处理掉。
[0046] 准备7个0.5mX3mX0.2m的玻璃槽(底面积是1.5m2)，在室温20°C下。第一个玻璃槽装IOcm深的60g/L的NaOH的溶液；第二个装深0.1米，保持55°C的热去离子水；第三个、第五和第七个都装0.15米深的去离子水；第四个装0.1深的硝酸，浓度为300g/L ;第六个装0.1米深的转化处理溶液，其组成三氧化铬:4.8g/L，氟锆酸钾:5g/L，氟化钠:4g/L，铁氰化钾:4.6g/L，硼酸:2.2g/L，表面活性剂:10mg/L，总的溶液pH=3.8。
[0047]将表面光滑的铜箔首先浸泡在第一个玻璃槽的溶液里20s的时间，转移到第二个玻璃槽中用55°C热去离子水浸泡30s，接着在第三个玻璃槽中用去离子水浸泡35s，然后浸泡在第四个玻璃槽中的溶液里50s,再用第五个玻璃槽中的去离子水浸泡35s,最后浸泡在第六个玻璃槽中2.5min，再用第七个玻璃槽中的去离子水浸泡40s，取出并在室温下干燥8小时。
[0048]采用此铜箔与未处理的铜箔作为集流体制作纽扣锂离子电池。制作完成后检测其循环性能下降比率，来验证实施例2的结论，所得结果一样。
【权利要求】
1.一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其步骤如下: 1)将铜箔浸泡在碱溶液中30~90s;2)将铜箔从碱溶液中取出，然后浸泡在热去离子水中；3)将铜箔取出，浸泡在室温下的去离子水中；4)将铜箔取出，浸泡在硝酸溶液中30~60s，取出后浸泡在去离子水中；5)将铜箔取出，浸泡在转化溶液中90~150s，取出后浸泡在去离子水中；6)将铜箔取出，室温下干燥6~8小时，从而实现对锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理；转化液组成为三氧化铬4~6g/L，氟锆酸钾3~5g/L，氟化钠2~4g/L，铁氰化钾2~5g/L,硼酸1.2~3g/L，表面活性剂4~10mg/L，转化液的pH值在1.4~3.8的范围内。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其特征在于:碱溶液为NaOH溶液，其浓度为60~70g/L。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其特征在于:硝酸溶液浓度为250~300g/L。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其特征在于:热去离子水的温度为50~60°C。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池负极集流体铜箔的氧化还原处理方法，其特征在于:在去离子水中的浸泡时间为20~50s。
【文档编号】C23C22/37GK103602972SQ201310627019
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】韩炜, 席云龙, 刘喜龙, 康书文, 周亮 申请人:长春吉大科诺科技有限责任公司