集流體的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種集流體的制備方法，尤其涉及一種基于碳納米管結構的集流體的 制備方法。
【背景技術】
[0002] 集流體是電化學電池的一個重要主要組成部分。在電化學電池中，集流體表面通 常承載電極活性材料并接觸電解液，能為電化學反應提供電子通道，以加快電子轉移，并將 電子傳輸到外電路形成電流。因此，集流體的性能與電化學電池的性能密切相關。
[0003] 現有的集流體通常由導電金屬層制備，如銅箔及鋁箔等。然而，這些金屬層極容易 被氧化形成一層鈍化膜，或者在電解液中被腐蝕形成一絕緣層，該鈍化膜或者絕緣層極大 地增加了電極活性材料和該金屬層的接觸電阻，從而降低了電化學電池的容量及能量轉換 效率。
【發明內容】
[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種與電極活性材料之間具有較小接觸電阻的集流體的 制備方法。
[0005] -種集流體的制備方法，包括：提供一碳納米管層，所述碳納米管層具有相對的第 一表面及第二表面，該碳納米管層包括多個碳納米管，至少部分碳納米管間隔設置形成多 個微孔；在所述碳納米管層的第一表面電鍍一第一金屬層，在所述碳納米管層的第二表面 電鍍一第二金屬層，形成一碳納米管復合層；及撕開所述碳納米管復合層，使所述碳納米管 層分割為第一子碳納米管層及第二子碳納米管層，所述第一子碳納米管層貼附于所述第一 金屬層的表面，所述第二子碳納米管層貼附于所述第二金屬層的表面。
[0006] -種集流體的制備方法，包括：提供一第一金屬層；提供一碳納米管層，所述碳納 米管層包括相對的第一表面及第二表面，將所述碳納米管層的第一表面貼附于所述第一金 屬層的表面；在所述碳納米管層的第二表面電鍍一第二金屬層，形成一碳納米管復合層； 及撕開所述碳納米管復合層，使所述碳納米管層形成一第一子碳納米管層貼附于所述第一 金屬層的表面，一第二子碳納米管層層貼附于所述第二金屬層的表面，形成兩個集流體。
[0007] 與現有技術相比較，由本發明提供的集流體的制備方法，通過電鍍的方式使所述 碳納米管牢固的夾持于第一金屬層及第二金屬層之間，然后再分離的方式形成集流體，可 一次得到兩個以上的集流體，使所述碳納米管層牢固的固定與所述第一金屬層或第二金屬 層表面，并且阻斷了金屬層與電解液直接接觸，從而可阻止電解液與金屬層之間的腐蝕反 應，降低了腐蝕產物對集流體與電極材料層之間的接觸電阻的影響，提高的電池容量及轉 換效率。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發明第一實施例提供的集流體的制備方法的流程圖。
[0009] 圖2是本發明第一實施例提供的集流體中碳納米管膜的結構示意圖。
[0010] 圖3是本發明第一實施例提供的集流體中碳納米管層的結構示意圖。
[0011] 圖4是本發明第一實施例在所述碳納米管層表面電鍍金屬層的流程圖。
[0012] 圖5為本發明第一實施例提供的集流體的制備方法中撕開所述碳納米管復合層 的流程圖。
[0013] 圖6為本發明第二實施例提供的集流體的制備方法的流程圖。
[0014] 主要元件符號說明
如下具體實施例將結合上述附圖進一步說明本發明。
【具體實施方式】
[0015] 下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的集流體及其制備方法作進一步的 詳細說明。
[0016] 請參閱圖1，本發明還提供一種集流體10的制備方法，包括以下步驟： 步驟S10,提供一碳納米管層110,所述碳納米管層110包括相對的第一表面111及第 二表面113 ; 步驟S11，在所述碳納米管層110的第一表面111電鍛一第一金屬層120,在所述碳納 米管層110的第二表面113電鍍一第二金屬層130,形成一碳納米管復合層11 ;及 步驟S12,撕開所述碳納米管復合層11，使所述碳納米管層110分割為第一子碳納米管 層114及第二子碳納米管層116,所述第一子碳納米管層114貼附于所述第一金屬層120的 表面，所述第二子碳納米管層116貼附于所述第二金屬層130的表面。
[0017] 在步驟S10中，所述碳納米管層110可設置于一基板（圖未示)的表面，也可通過一 固定框懸空設置，從而使所述碳納米管層10在后續的溶液中能夠懸空設置。所述基板可為 絕緣基板或導電基板。由于所述碳納米管層110為一自支撐結構，因此可通過間隔設置的 支撐體支撐，將所述碳納米管層110懸空設置。所述碳納米管結構可包括多層層疊設置的 碳納米管膜，所述多層碳納米管膜層疊且交叉設置，不同層碳納米管膜中的碳納米管之間 相互交織形成一網狀結構。每一碳納米管膜包括多個碳納米管，所述多個碳納米管沿同一 方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在碳納米管膜中大多數碳納米管的整體延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多數碳納米管的整體延伸方向基本平行于碳納米管膜的表面。 進一步地，所述碳納米管膜中多數碳納米管是通過范德華力首尾相連。所述碳納米管層110 包括多個微孔112,所述多個微孔112沿垂直于碳納米管層110厚度的方向貫穿所述碳納米 管層110。本實施例中，所述碳納米管層110通過一固定框懸空設置。
[0018] 在步驟S11中，所述第一金屬層120通過電鍍的方式形成在所述碳納米管層110 的第一表面111。具體的，所述第一金屬層120的電鍍方法包括如下步驟： 步驟S111，提供一含有金屬離子的溶液； 步驟S112,將所述碳納米管層110浸入所述溶液中，所述碳納米管層110的第一表面 111及第二表面113暴露于溶液中，并與溶液中的一電極片平行且間隔設置； 步驟S113,在所述碳納米管層110與所述電極片之間形成一電勢差，使金屬離子還原 為金屬并電鍍在所述碳納米管層110的第一表面111及第二表面113,形成所述第一金屬層 120及第二金屬層130。
[0019] 在步驟S111中，含有金屬離子的溶液的形成方法不限，只要保證所述溶液中能夠 形成金屬離子即可。所述金屬離子的濃度可根據所需第一金屬層120及第二金屬層130的 厚度等實際需要進行選擇。本實施例中，所述溶液通過將硫酸銅溶解于水中的方式形成銅 離子溶液。
[0020] 在步驟S112中，所述碳納米管層110與所述電極片間隔設置，所述間隔距離距離 為可為0. 5厘米~3厘米，也可根據實際需要進行選擇。所述電極片包括惰性石墨電極片、 鉬電極片、不銹鋼電極片及層狀碳納米管結構，其面積大于等于碳納米管薄膜的面積。所述 電極片起到電極的作用，只要導電性好，且具有惰性即可滿足要求。所述碳納米管層110懸 浮于所述金屬離子溶液中，具體的，由于所述碳納米管層110通過固定框懸空設置，因此將 其浸入金屬離子溶液中時，位于固定框之間的碳納米管層110懸浮于所述溶液中。本實施 例中，所述電極片為銅片，且所述銅片的面積大于所述碳納米管層110的面積。
[0021] 在步驟S113中，在碳納米管層110與電極片之間形成一電勢差，并使電極片與電 源正極相連作陽極，碳納米管層110與電源負極相連作陰極，金屬離子在作為陰極的碳納 米管層110上發生還原反應，形成金屬顆粒并附著在所述碳納米管的管壁上。另外，在電鍍 的過程中，所述碳納米管層110中碳納米管的表面形成多個懸掛鍵，使得所述金屬顆粒通 過所述碳納米管的懸掛鍵與所述碳納米管緊密結合。進一步，所述金屬顆粒在所述碳納米 管層110的表面彼此相互連結，形成一連續的結構，從而使第一金屬層120及第二金屬層 130均為一連續的結構。另外，部分金屬離子還原為金屬顆粒附著在所述微孔112位置處的 碳納米管表面，并使得第一金屬層120與第二金屬層130在該微孔112位置處相互融合形 成一體結構。
[0022] 所述在陽極與陰極之間形成電勢差的方法包括在陽極與陰極之間施加恒流、恒壓 或掃描電勢等。本實施例中，在正電極與負電極之間形成電勢差的方法為施加恒壓，陽極與 陰極之間施加的電壓為〇.5~1. 2伏特，時間為0. 5小時~4小時。
[0023] 進一步,在步驟S112中，所述第一金屬層120及第二金屬層130也可分步形成，具 體的，也可先將所述碳納米管層110的第二表面113貼附于一基板（圖未示)，僅使第一表面 111暴露在金屬離子溶液中，先在第一表面111電鍛形成第一金屬層120 ;然后再將電鍛有 第一金屬層120的碳納米管層110反轉，使所述碳納米管層110的第二表面113暴露在金 屬離子溶液中，并與所述電極片相對設置，然后在第二表面113電鍍所述第二金屬層130。
[0024] 進一步，在電鍍第二金屬層130的過程中，部分第二金屬層130貫穿所述微孔112， 從而與所述第一金屬層120接觸并形成一體結構，將所述碳納米管層110夾持于所述第一 金屬層120與第二金屬層130之間。可以理解，由于所述碳納米管層110浸入所述金屬離 子溶液中，因此，所述金屬離子同時在所述碳納米管層110的第一表面111及第二表面113 電鍍，即所述第二金屬層130與所述第一金屬層120可同時形成。
[0025] 進一步，電鍍形成所述第二金屬層130之后，還可以進一步包括一采用清洗溶液 清洗并烘干所述碳納米管層110、所述第一金屬層120及第二金屬層130的步驟，以去除殘 留的其他雜質，并使第一金屬層120及第二金屬層130更加牢固的鍵合于所述碳納米管層 110的表面。
[0026] 在步驟S12中，所述碳納米管復合層11可通過在所述碳納米管復合層11相對的 兩個表面施加相反方向的作用力，使所述碳納米管復合層11分為兩部分。請一并參閱圖5， 所述碳納米管復合層11的斷開方法包括如下步驟： 步驟S121，向所述碳納米管復合層11相對的兩個表面施加相反方向的作用力F