改性铜集流体应用于锂离子电池研究进展

随着社会发展和科技进步,能源的过度消耗引发资源和环境问题。近年来,电动汽车等新能源领域的蓬勃发展,促进了电化学储能技术的开发应用。锂离子电池(LIBs)被认为是目前最可靠的先进可充电储能器件之一。在LIBs中,集流体发挥着至关重要的作用,它连接着LIBs内外电子通路,是活性电极材料的支撑基底。目前,商业铜箔作为集流体已经无法满足人们对高性能储能器件的性能要求。因此,对LIBs铜集流体进行改性,是一种解决其性能不足和部分电池缺陷问题的可行方法。由于碳基材料具有高导电性和高机械强度等优点,与铜材料能够实现良好结合和性能过渡,被认为是最契合的优秀改性材料。本文介绍了LIBs中存在的常见问题,针对这些问题,系统总结了近年来铜集流体改性方法,主要包括碳基材料改性以及铜集流体表面改性和结构改性。对于铜集流体碳基材料改性,总结了近年来众多突出成果,包括应用于改性过程中的不同碳纳米材料及其制备过程,以及影响碳纳米材料改性铜基集流体性能的诸多因素。最后对铜集流体在LIBs中的应用和发展趋势进行了展望。

铜集流体在碱金属电池中的应用及研究进展

碱金属(Li和Na)电池的高比容量、高能量密度和低电位使其成为未来储能设备的重要候选之一,但其本身存在严重的枝晶生长问题,导致库伦效率低、电池寿命短,甚至会造成电池短路发热,引起事故。集流体作为电极材料的支撑基底和连通内外电子通路的部件,占据了电池大部分的体积和质量,影响电池的能量密度。本文介绍了铜集流体在金属电池中存在的问题及其产生原因,并讨论了近年来针对铜集流体的改性方法,目前常见的改性方法是集流体表面改性和结构化改性,两种方法都能很好解决枝晶生长问题。最后对铜集流体改性方法进行了总结,并对其未来研究方向进行了展望。

碱锰电池中铜集流体上析出锌的机理

通过动电位扫描测极化曲线和电位恢复曲线，对无汞碱锰电池中负极铜集液体上析出锌的机理进行了研究．结果表明，锌在铜上析出是按照化学镀机理进行的，还原剂为氢还原过程的中间产物氢原子．

硅烷偶联剂处理铜箔用作高性能硅负极铜集流体

采用了一种简单的铜集流体表面改性方法,成功在硅负极和集流体之间引入化学键作用力,以缓解硅在循环过程由于体积变化过大从集流体上脱出的问题。DAMO的涂覆使Cu^(*)表面负载氨基官能团。氨基官能团增加铜箔表面的亲水性,有利于以水作为溶剂的浆料在铜箔表面的固化过程。同时,氨基可以和黏结剂中羧基形成酰胺键,在铜集流体和硅负极之间构建化学键作用力。但高浓度的DAMO改变了铜箔表面形貌,降低了表面粗糙度,只能提供单纯的化学键作用力。同时,DAMO的绝缘性也降低了铜箔的导电性,增加了电池的阻抗。综合以上考虑DAMO膜的作用,当DAMO的浓度为0.05 wt%时,Cu^(*)表面既能保留机械互锁力,又可以提供化学键作用力,电极中集流体和活性层界面黏结强度增加,Si-Cu^(*)−0.05%的倍率性能和循环性能明显增强,循环100次之后,容量保持率为60%,比采用裸铜的硅电极电化学性能提升25%。

锂离子电池铜集流体表面集电结构加工及性能研究

铜集流体的导电性能对锂离子电池的容量和循环性能有着较大的影响。采用电火花线切割加工出三种微柱状结构表面的铜片,并在铜片表面涂布五组不同黏度的浆料制作成极板,再用五组不同的烘干温度烘干,烘干后将极板组装成测试体,通过测试电路测试其电阻。研究发现,在浆料成分和配比固定不变的情况下,具有微柱状表面结构的铜集流体的导电性能比光滑表面结构的铜集流体的导电性能提高了约8%,而浆料黏度为2900 MPa·s、3500 MPa·s,干燥温度为70℃制得的负极板的导电性能最好。

以多孔铜为集流体制备Cu_6Sn_5合金负极及其性能

以氢气泡为动力学模板电沉积获得多孔铜,并通过热处理增强其结构稳定性.进一步将多孔铜作为基底通过电沉积制备Cu-Sn合金负极.XRD结果给出其组成为Cu6Sn5合金,扫描电子显微镜(SEM)观察到Cu6Sn5合金电极为三维(3D)多孔结构.充放电结果指出,Cu6Sn5合金电极具有较好的充放电性能,其首次放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为735和571mAh·g-1,并且具有较好的容量保持率.运用电化学阻抗谱研究了Cu6Sn5合金电极在商业电解液中的界面特性.

无汞碱锰电池负极集流体的表面处理

在无汞碱锰电池生产中负极铜集流体的表面处理是技术关键之一,本文叙述了几种不同表面处理的铜集流体,如铜钉电镀铟、电镀锌、镀锌后钝化和经有机物化学处理生成的保护膜的铜钉等对无汞碱锰电池存放性能的影响。

纳米FeSe_(2)正极材料制备与镁电池中性能表征

采用溶剂热法,利用表面活性剂的分散作用成功合成了FeSe_(2)纳米颗粒,将其作为正极材料组装可充镁电池,并进行电化学性能测试。结果显示,FeSe_(2)正极在100 mA/g电流密度下首次放电比容量为119 mAh/g,并在循环过程中展现出比容量的逐渐升高,在循环48次后获得最大放电比容量628 mAh/g,同时具有良好的循环稳定性,在100次循环后仍保持581 mAh/g的放电比容量。非原位TEM、XPS和同步辐射软X射线吸收谱分析表明,FeSe_(2)正极在循环过程中,铜集流体会参与正极电化学反应并形成含铜化合物,在正极材料中形成导电通路,这有利于电化学反应过程中电子的转移。因此,FeSe_(2)纳米颗粒充分参与正极转化反应,并展现出高容量和长循环稳定性,为镁电池中的集流体和硒族化合物的匹配性设计提供了新的思路。

铜网在MH/Ni电池放电中的电化学行为

运用循环伏安和恒电流充放电实验研究了铜作为负极集流体在氢镍电池放电过程中的电化学行为。结果表明,在电池正常放电及浅度过放电的电压范围内,负极的铜不发生电化学氧化,基本是稳定的;但在电池深度过放电(放至-0.95 V以下)时,铜将发生电化学氧化,导致电池容量和放电平台均明显下降,充电平台上升。

锂电池用电解铜箔性能调控研究进展

新能源动力锂电池行业向高能量密度的逐步迈进推动了负极铜箔集流体朝超薄、低轮廓、高力学性能等高性能的趋势发展。锂电铜箔作为锂电池的关键辅材之一,其质量和特性对锂电池性能起着重要作用。因此,锂电铜箔的性能精准调控和结构定向修饰对提升锂电池性能具有重要意义。本文从锂电铜箔电沉积技术出发,介绍了铜电沉积原理、过程以及当前铜箔市场情况,归纳总结了锂电铜箔的物理性能、化学性能和表面性能对锂电池电化学性能的影响机制,为后续对铜箔性能精准调控提供参考,并重点综述了生箔工艺参数优化和改性处理这两种综合提升锂电铜箔性能和锂电池性能的方法,分析了铜箔结构修饰的研究现状和发展动态。最后,本文指出了目前电解铜箔作为锂电池负极集流体所存在的问题,并对其未来发展趋势进行了展望,以期为高性能锂电铜箔的研发和应用提供参考。