【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池，特别涉及一种金属化碳纤维集流体及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池和固态电池是当前能源存储领域的两种重要技术，它们在便携电子设备、电动汽车和能源存储等多个方面发挥着重要作用。锂离子电池主要组成部分包括正极、负极(石墨、硅碳等)、液态电解质、正负极集流体和隔膜。固态电池作为一种新型的电池技术，用固态电解质替代了传统锂离子电池中的液态电解质，具有更高的安全性和更高的能量密度。
2、然而，锂离子电池和固态电池的能量密度受限于石墨负极较低的理论比容量(372mah/g)。硅具有比石墨更高的理论容量，硅/硅碳复合材料被开发作为负极，能提供比石墨负极更高的能量密度。然而，在锂离子脱嵌过程中硅颗粒会发生显著的体积膨胀和收缩，这会导致颗粒破裂和电极层的剥离，从而降低电池的循环寿命和性能。使用具有更高强度和抗拉性能的集流体是解决硅/硅碳负极在锂离子嵌入和脱出过程中体积变化引起各种问题的方法之一，通过使用强度和抗拉性能更高的材料，可以更好地约束硅碳或者硅颗粒，减少体积变化带来的负面影响。
3、目前，锂离子电池和固态电池普遍使用铜箔作为负极的集流体。然而，随着快速充放电和高容量电池需求的增加，铜箔的抗拉强度逐渐无法满足这些新的使用要求。此外，铜箔的重量也占据了电池总重量的一部分，这在一定程度上限制了电池的质量整装能量密度的提升，而在相同厚度的情况下，复合铜箔的重量要比铜箔更轻。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金属化碳纤维集流
2、本专利技术提供了一种金属化碳纤维集流体，所述金属化碳纤维集流体包括碳纤维薄膜，以及在所述碳纤维薄膜两侧覆盖有金属薄层或者合金薄层。
3、优选地，所述碳纤维薄膜由碳纤维丝组成，具有网状结构，厚度在1-103μm。
4、优选地，所述碳纤维薄膜含有微孔、介孔、大孔或两种、三种孔结构并存。
5、优选地，所述金属薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的一种；所述合金薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的至少两种。
6、进一步地，所述金属化碳纤维集流体进一步进行防氧化处理。
7、本专利技术还提供了一种金属化碳纤维集流体的制备方法，包括如下步骤：
8、将碳纤维薄膜进行氧化处理，随后在氧化处理改性的碳纤维薄膜上通过“一步法”或者“两步法”覆盖金属或者合金，即得金属化碳纤维集流体。
9、优选地，所述氧化处理使用的氧化剂为浓硫酸、硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾中的一种或者几种，浓度为0.01-20mol/l；氧化处理温度为0-80℃。经氧化处理改性的碳纤维薄膜上含有更多的含氧官能团，且表面粗糙度增大、凹凸不平，比表面积更大
10、优选地，所述“一步法”是指金属或者合金通过水电镀的方式镀在碳纤维薄膜上。
11、优选地，所述电镀电流密度为0.01-104a/m2；金属或者合金厚度为0.01-100μm。
12、优选地，所述“两步法”是指金属或者合金先通过物理气相沉积法(pvd)或者化学气相沉积法(cvd)沉积到碳纤维薄膜上，然后通过水电镀的方式增加金属或者合金厚度。
13、优选地，所述物理气相沉积法或者化学气相沉积法的工艺参数为：沉积功率0.1-10kw，基板温度20-500℃，成膜时间0.001-10h，靶材与基板的距离2-10cm，溅射压力10-3-10pa；电镀电流密度为0.01-104a/m2；金属或者合金厚度为0.01-100μm，其中物理气相沉积法或者化学气相沉积法沉积的厚度为0.01-90μm。
14、本专利技术还提供了一种金属化碳纤维集流体在锂离子电池或固态电池中的应用。
15、有益效果
16、本专利技术金属化碳纤维集流体具有金属-碳纤维-金属的“三明治”结构，适用于石墨负极电池、含硅负极(硅碳负极)电池、硅基负极电池以及锂金属负极电池等多种电池类型；金属化碳纤维集流体不仅具有更高的抗拉强度，能够更好地适应快速充放电的要求，还能减轻电池的重量，从而有助于提高电池的质量整装能量密度，具有良好的市场应用前景。
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1.一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述金属化碳纤维集流体包括碳纤维薄膜，以及在所述碳纤维薄膜两侧覆盖有金属薄层或者合金薄层。
2.根据权利要求1所述的一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述碳纤维薄膜由碳纤维丝组成，具有网状结构，厚度在1-103μm。
3.根据权利要求1所述的一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述金属薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的一种；所述合金薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的至少两种。
4.一种金属化碳纤维集流体的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述氧化处理使用的氧化剂为浓硫酸、硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾中的一种或者几种，浓度为0.01-20mol/L；氧化处理温度为0-80℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述“一步法”是指金属或者合金通过水电镀的方式镀在碳纤维薄膜上。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述电镀电流密度为0.01-104A/m2；金属或者合金厚度为0.01-100μm。<...
【技术特征摘要】
1.一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述金属化碳纤维集流体包括碳纤维薄膜，以及在所述碳纤维薄膜两侧覆盖有金属薄层或者合金薄层。
2.根据权利要求1所述的一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述碳纤维薄膜由碳纤维丝组成，具有网状结构，厚度在1-103μm。
3.根据权利要求1所述的一种金属化碳纤维集流体，其特征在于：所述金属薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的一种；所述合金薄层为铝、铜、锡、镍、铬、锌、钛、钴、银中的至少两种。
4.一种金属化碳纤维集流体的制备方法，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述氧化处理使用的氧化剂为浓硫酸、硝酸、高锰酸钾、重铬酸钾中的一种或者几种，浓度为0.01-20mol/l；氧化处理温度为0-80℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述“一步法”是指金属或者合金通过水电镀的方式镀在...
【专利技术属性】
技术研发人员：楚常顺，邵宇，罗佳，江泱，
申请(专利权)人：九江德福科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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