鋰離子電池負(fù)極集流體材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料以及該材料的制備方法。這種鋰離子電池負(fù)極集流體材料銅箔表面覆著有摻雜厚度是2~4μm的La和Mn的BiTiO3層，其制作工藝條件為：先將銅箔在100℃的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，30~60min后取出，在105℃真空條件下干燥2~3h，然后在真空中冷卻到室溫，以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5×10-3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa后將基材銅箔加熱到500~800℃，所使用的設(shè)備參數(shù)為：射頻功率為100~140W，加速電壓為200~300V，電流密度為30~50mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為60~90mm，基材的速度為2~6m/min，濺射完成后在氬氣中冷卻到室溫。采用本發(fā)明的鋰離子電池負(fù)極集流體銅箔材料可以有效提高鋰離子電池的安全性能。
【專利說明】鋰離子電池負(fù)極集流體材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在科技飛速發(fā)展的今天，隨著移動電話、數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦等電子設(shè)備在人類生活中大量應(yīng)用，鋰離子電池也隨之迅速發(fā)展成為二次電池領(lǐng)域中重要的一個產(chǎn)業(yè)。鋰離子電池在比容量、無記憶效應(yīng)、長循環(huán)壽命、環(huán)保等綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他二次電電池，鋰離子電池被成為“終極電池”，但是為什么大容量電池領(lǐng)域沒有見到鋰離子電池的身影呢？關(guān)鍵問題是受到鋰離子電池的安全問題的制約，鋰離子電池最大的安全隱患是爆炸、起火
坐寸ο
[0003]鋰離子電池的負(fù)極片的制作過程為:將一定比例的負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、分散劑和溶劑混合均勻后涂布在負(fù)極集流體上，然后在經(jīng)過干燥、制片工藝制作鋰離子電池負(fù)極片。銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，其性能直接影響鋰離子電池的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料，提高鋰離子電池的安全性能，以及該材料的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料，在銅箔表面覆著有摻雜La和Mn的BiTiO3層。
[0006]根據(jù)所述的鋰離子電池負(fù)極集流體材料，所述的摻雜La和Mn的BiTiO3層厚度是2~4 μ m0
[0007]一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料的制備方法，該方法采用射頻磁控濺射方法制備材料，其制作工藝條件為:
先將銅箔在100°c的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，3(T60min后取出，在105°C真空條件下干燥2~3h，然后在真空中冷卻到室溫，以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5X10_3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa后將基材銅箔加熱到50(T800°C，所使用的設(shè)備參數(shù)為:射頻功率為10(Tl40W，加速電壓為20(T300V，電流密度為3(T50mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為6(T90mm，基材的速度為2 6m/min，灘射完成后在1?氣中冷卻到室溫。
[0008]根據(jù)所述的鋰離子電池負(fù)極集流體材料的制備方法，該制備方法通過射頻磁控濺射工藝后再進(jìn)行清洗，清洗處理選用以下方法:首先用蒸餾水清洗，然后在105°C真空中干燥2~3h后在真空中冷卻至室溫。
[0009]與現(xiàn)狀技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在:
1、采用發(fā)明的表面覆著有摻雜La和Mn的BiTiO3的銅箔材料，在應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極集流體材料時，改善了銅箔在電池充放電工作時易被氧化的化學(xué)性質(zhì)，提高了銅箔的耐腐蝕性能； 2、采用本發(fā)明的表面覆著有摻雜La和Mn的BiTiO3的鋰離子電池負(fù)極集流體銅箔材料，在電池被濫用而使溫度升高電池內(nèi)阻增大，而且當(dāng)溫度超過一定值時，隨溫度的升高電池內(nèi)阻呈階躍式增大，從而減小電流，防止電池溫度繼續(xù)上升，提高了鋰離子電池的安全性倉泛。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:實施方案I的電池的溫度與內(nèi)阻對比測試結(jié)果。
[0011]圖2:實施方案2的電池短路時內(nèi)部溫度與時間之間的關(guān)系對比測試結(jié)果。
[0012]圖3:實施方案3的電池的過充時內(nèi)部溫度與時間之間的關(guān)系對比測試結(jié)果。
【具體實施方式】實施例
[0013]實施方案I
先將銅箔在100°c的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，30min后取出，在105°C真空條件下干燥3h，然后在真空中冷卻到室溫。
[0014]以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5 X 10_3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa將基材銅箔加熱到500°C。設(shè)備的參數(shù)為:射頻功率為100W，加速電壓:200V，電流密度:30mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為60mm,基材的速度為2m/min。派射完成后在IS氣中冷卻到室溫。
[0015]通過射頻磁控濺射工藝后，首先用蒸餾水清洗，然后在105°C真空中干燥2h后在真空中冷卻至室溫。
[0016]采用上述工藝制備了銅箔表面覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層，覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層的厚度為2 μ m。分別采用本實施方案制備的覆著摻雜La和Mn的BiTiO3銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，其他工藝一致，制作鋰離子電池。在相同的條件下，分別測試兩種電池的溫度與內(nèi)阻之間的關(guān)系，結(jié)果見附圖1.由圖1可以得到，采用本實施方案之銅箔覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層作為負(fù)極集流體的鋰離子電池，其鋰離子電池在高溫中相同的溫度內(nèi)阻明顯高于普遍銅箔作為負(fù)極集流體的電池的內(nèi)阻，得出該種電池在高溫中的內(nèi)阻極高，有利于提高鋰離子電池在高溫時放電的安全性能。
[0017]實施方案2
先將銅箔在100°c的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，50min后取出，在105°C真空條件下干燥2.5h，然后在真空中冷卻到室溫。
[0018]以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5 X 10_3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa將基材銅箔加熱到700°C。設(shè)備的參數(shù)為:射頻功率為120W，加速電壓:240V，電流密度:40mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為70mm,基材的速度為4m/min。派射完成后在IS氣中冷卻到室溫。
[0019]通過射頻磁控濺射工藝后，首先用蒸餾水清洗，然后在105°C真空中干燥2.5h后在真空中冷卻至室溫。[0020]采用上述工藝制備了銅箔表面覆著覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層，覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層的厚度為3 μ m。分別采用本實施方案制備的覆著摻雜La和Mn的BiTiO3銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，其他工藝一致，制作鋰離子電池。在相同的條件下，分別測試兩種電池短路時內(nèi)部的溫度和時間之間的關(guān)系，結(jié)果見附圖2。
[0021]由圖2可以得到，采用本實施方案之銅箔覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層作為負(fù)極集流體的鋰離子電池，其鋰離子電池在短路時其內(nèi)部溫度低于普遍銅箔作為負(fù)極集流體的電池的溫度，得出該種鋰離子電池在短路時的安全性能比后者電池高。
[0022]實施方案3
先將銅箔在100°c的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，60min后取出，在105°C真空條件下干燥2h，然后在真空中冷卻到室溫。
[0023]以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5 X 10_3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa將基材銅箔加熱到800°C。設(shè)備的參數(shù)為:射頻功率為140W，加速電壓:300V，電流密度:50mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為90mm,基材的速度為6m/min。派射完成后在IS氣中冷卻到室溫。
[0024]通過射頻磁控濺射工藝后，首先用蒸餾水清洗，然后在105°C真空中干燥3h后在真空中冷卻至室溫。
[0025]采用上述工藝制備了銅箔表面覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層，覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層的厚度為4 μ m。分別采用本實施方案制備的覆著摻雜La和Mn的BiTiO3銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負(fù)極集流體，其他工藝一致，制作鋰離子電池。在相同的條件下，分別測試兩種電池的過充時內(nèi)部溫度與時間之間的關(guān)系，結(jié)果見附圖3。
[0026]由圖3可以得到，采用本實施方案之銅箔覆著摻雜La和Mn的BiTiO3層作為負(fù)極集流體的鋰離子電池，其鋰離子電池在過充時其內(nèi)部溫度低于普遍銅箔作為負(fù)極集流體的電池的溫度，得出該種鋰離子電池在過充時的安全性能比后者電池高。
[0027]上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和保護(hù)范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域中普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負(fù)極集流體材料，其特征在于:在銅箔表面覆著有摻雜La和Mn的BiTiO3 層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極集流體材料，其特征在于:所述的摻雜La和Mn的BiTiO3層厚度是2~4 μ m。
3.—種鋰離子電池負(fù)極集流體材料的制備方法，其特征在于:該方法采用射頻磁控濺射方法制備材料，其制作工藝條件為: 先將銅箔在100°C的蒸餾水中清洗表面的油污等雜質(zhì)，3(T60min后取出，在105°C真空條件下干燥疒3h，然后在真空中冷卻到室溫，以摻雜La和Mn的BiTiO3為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，預(yù)抽真空腔體至5X10_3Pa，然后向腔體內(nèi)通入氬氣，控制腔內(nèi)壓強(qiáng)為1.5Pa后將基材銅箔加熱到50(T800°C，所使用的設(shè)備參數(shù)為:射頻功率為10(Tl40W，加速電壓為20(T300V，電流密度為3(T50mA/cm，濺射靶與基材之間的距離為6(T90mm，基材的速度為2 6m/min，灘射完成后在1?氣中冷卻到室溫。
4.根據(jù) 權(quán)利要求3所述的鋰離子電池負(fù)極集流體材料的制備方法，其特征在于:該制備方法通過射頻磁控濺射工藝后再進(jìn)行清洗，清洗處理選用以下方法:首先用蒸餾水清洗，然后在105°C真空中干燥2~3h后在真空中冷卻至室溫。
【文檔編號】H01M4/66GK103996858SQ201410235964
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】關(guān)成善, 宗繼月, 李濤, 賈傳龍, 劉艷輝 申請人:山東神工海特電子科技有限公司