一种纤维素基金属集流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种纤维素基金属集流体及其制备方法和应用，其为纤维素基单金属层集流体、纤维素基双金属层集流体或纤维素基无机纳米颗粒

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素基金属集流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池材料制备
，尤其涉及一种适用于无锂负极电池的纤维素基金属集流体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]无锂负极电池中，所有锂储备来源于正极材料，充电过程中，锂脱离正极，直接原位电镀在集流体上。作为无锂负极电池的关键组件，集流体对电池的电化学性能具有至关重要的影响。在现有无锂负极电池中，通常使用铜箔作为集流体，但其自身较重，难以承受较大形变，且铜箔在充电过程中容易导致锂沉积不均匀，加快锂枝晶和死锂的生成，最终降低无锂负极电池的寿命。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种纤维素基金属集流体及其制备方法和应用，轻质、可弯曲折叠的新型纤维素基集流体，适用于无锂负极电池。
[0004]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0005]一种纤维素基金属集流体，其为纤维素基单金属层集流体、纤维素基双金属层集流体或纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体；
[0006]所述纤维素基单金属层集流体包括：纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层单金属层；
[0007]所述纤维素基双金属层集流体包括纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层第一金属层，在第一金属层上附着有一层第二金属层；
[0008]所述纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体包括纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层无机纳米颗粒
‑
金属复合层。
[0009]优选的，所述纤维素基底为亲水性纤维素基膜或纤维素纸。
[0010]优选的，所述单金属层为铜层或银层或铜
‑
锌复合层。
[0011]优选的，所述第一金属层为铜层，第二金属层为银层，银层的质量占铜层和银层总质量的0.1
‑
10％。
[0012]优选的，所述无机纳米颗粒
‑
金属复合层中的无机纳米颗粒为纳米五氧化二铌、纳米三氧化二铝、纳米一氧化铌、纳米氧化锌或纳米二硫化钼；金属为铜。
[0013]优选的，所述单金属层厚度为1
‑
5μm，所述第一金属层厚度为1
‑
5μm，所述无机纳米颗粒
‑
金属复合层厚度为1
‑
5μm。
[0014]所述的纤维素基金属集流体的制备方法，为如下制备方法中的一种：
[0015](1)所述纤维素基单金属层集流体的制备方法，包括：
[0016]将纤维素基底浸入金属化学镀液中，取出后洗涤、干燥、辊压，得到纤维素基单金属层集流体；
[0017](2)所述纤维素基双金属层集流体的制备方法，包括：
[0018]将纤维素基底浸入金属化学镀液中，取出后洗涤、干燥，得到纤维素基单金属层集流体；
[0019]将得到的纤维素基单金属层集流体再次浸入金属化学镀液中，取出后洗涤、干燥、辊压，得到纤维素基双金属层集流体；其中，两次采用的金属化学镀液中的金属不同；
[0020](3)所述纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体的制备方法，包括：
[0021]将无机纳米颗粒加入金属化学镀液中，将纤维素基底浸入金属化学镀液中，取出后洗涤、干燥、辊压，得到纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体。
[0022]优选的，所述纤维素基底预先经过拉伸处理。
[0023]进一步的，拉伸处理后的纤维素基底采用钯水活化。
[0024]所述的纤维素基金属集流体在无锂负极电池中的应用。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0026]本专利技术选用纤维素作为基底，轻质(<2.5mg/cm2)，孔隙率>50％，具有柔性(可弯曲、可折叠)，亲水性良好且成本低，以其作为基底制备金属集流体可实现轻质柔性的目的，不仅应用于无锂负极电池，而且在超级电容器、其他二次电池以及电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。
[0027]进一步的，该专利技术选用铜作为主要导电金属层,可取代商用铜箔直接用做锂离子电池集流体。
[0028]进一步的，所述纤维素基双金属层集流体，内层为铜，外层为银，银为亲锂性金属，作为优化锂沉积
‑
剥离过电位的功能层，电池充放电过程中提供锂沉积位点，降低锂沉积过电位，使锂沉积更加均匀。调节亲锂性材料与铜导电层的配比，应用于无锂负极电池中时,既能减小锂金属的沉积
‑
剥离的过电位，又不至于消耗过多正极材料中的锂。
[0029]进一步的，所述纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体以亲锂性金属化合物作为优化锂沉积
‑
剥离过电位的功能层，提供定向、多样化的锂沉积
‑
剥离位点，利于降低锂沉积过电位，以供与不同型号的锂离子电池电解液配合，制备高性能无锂负极电池，利用复合层面金属颗粒的变化改变制成的集流体表面结构变化，使之适用于无锂负极电池，改善锂沉积的均匀性。
[0030]本专利技术通过化学镀、化学复合镀与无机颗粒混合镀的技术方法制备不同亲锂性表面的纤维素基集流体，纤维素基底中较大孔隙改善了化学镀过程中气泡的顺利排出，使化学镀层均匀。
[0031]进一步的，通过纵向、横向物理拉伸改善纤维素基底的孔隙率，使纤维素基底在镀液中延展良好，操作简便，成功率高，可以使纤维素基底正反面镀层贯通且均匀。
[0032]进一步的，通过钯水活化将胶体态钯颗粒均匀吸附在纤维素基底孔隙当中，使后续化学镀过程中金属颗粒均匀镀覆且稳定性良好。
附图说明
[0033]图1为本专利技术提出的第一类纤维素基单金属层集流体的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术提出的第二类纤维素基双金属层集流体的结构示意图；
[0035]图3为本专利技术提出的第三类纤维素基化学镀无机纳米颗粒
‑
金属混合化学镀层集流体的结构示意图；
[0036]图4为实施例1
‑
4中制备的单金属层集流体与传统铜箔集流体质量对比；(a)为商用铜箔集流体；(b)为实施例1的纤维素基膜化学镀铜单金属层集流体；(c)为实施例2的纤维素基膜化学镀银单金属层集流体；(d)为实施例3的纤维素纸基化学镀铜单金属层集流体；(e)为实施例4的纤维素纸基化学镀银单金属层集流体；
[0037]图5分别为实施例3、6、7、8、9中制备的第二类新型纤维素基金属集流体数码照片；(a)为实施例3纤维素纸基化学镀铜单金属层集流体；(b)为实施例6的纤维素纸基化学镀铜
‑
银双金属层集流体；(c)为实施例7纤维素纸基化学镀氧化锌颗粒
‑
铜复合层集流体；(d)为实施例8纤维素纸基化学镀氧化铌颗粒
‑
铜复合层集流体；(e)为实施例9纤维素纸基化学镀二硫化钼颗粒
‑
铜复合层集流体；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维素基金属集流体，其特征在于，其为纤维素基单金属层集流体、纤维素基双金属层集流体或纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体；所述纤维素基单金属层集流体包括：纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层单金属层；所述纤维素基双金属层集流体包括纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层第一金属层，在第一金属层上附着有一层第二金属层；所述纤维素基无机纳米颗粒
‑
金属复合层集流体包括纤维素基底；在纤维素基底两侧面上均附着有一层无机纳米颗粒
‑
金属复合层。2.根据权利要求1所述的纤维素基金属集流体，其特征在于，所述纤维素基底为亲水性纤维素基膜或纤维素纸。3.根据权利要求1所述的纤维素基金属集流体，其特征在于，所述单金属层为铜层或银层或铜
‑
锌复合层。4.根据权利要求1所述的纤维素基金属集流体，其特征在于，所述第一金属层为铜层，第二金属层为银层，银层的质量占铜层和银层总质量的0.1
‑
10％。5.根据权利要求1所述的纤维素基金属集流体，其特征在于，所述无机纳米颗粒
‑
金属复合层中的无机纳米颗粒为纳米五氧化二铌、纳米三氧化二铝、纳米一氧化铌、纳米氧化锌或纳米二硫化钼；金属为铜。6.根据权利要求1所述的纤维素基金属集流体，其特征在于，所述单金属层厚度为1
‑
5μm，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海伟，韦海茹，姜汉卿，郭彦伯，任宣，李志健，曾伟，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：