【技術實現步驟摘要】
本申請涉及集流體，尤其涉及一種石墨烯毛化集流體及其制備方法和應用。
技術介紹
1、集流體在電池中扮演著至關重要的角色。它們通常用于電池的負極和正極，以促進電流的均勻分布和高效的電荷傳輸。以下是現有技術中集流體的分配和工作原理：
2、1.傳統集流體的類型包括：1)金屬箔，最常見的集流體是金屬箔，如銅箔用于負極，鋁箔用于正極；2)網格或泡沫：在某些設計中，使用金屬網格或泡沫作為集流體，特別是在需要更大表面積或特定結構的應用中；3)導電塑料或纖維：在柔性或可穿戴電池中，可能使用導電塑料或纖維作為集流體。
3、2.集流體的工作原理包括：1)電荷傳輸：集流體的主要功能是從電極材料(活性材料)傳輸電子到電池的外部電路；2)支撐和導電：它們提供了一個結構，既支撐活性材料，又確保了良好的電導性，允許電子自由流動；3)熱管理：在高功率應用中，集流體還有助于熱管理，幫助分散電池操作過程中產生的熱量。
4、3.特殊設計和創新包括：1)微納米結構：為了提高表面積和促進更好的電荷傳輸，一些集流體采用了微納米級的表面結構設計；2)復合材料：結合導電聚合物、碳纖維等材料的集流體，旨在提高機械強度和電導性，同時降低重量。
5、4.性能考量包括：1)電導率：高電導率是集流體的重要特性，以最小化內阻和能量損失；2)機械強度和柔韌性：特別是在柔性電池中，集流體需要有足夠的機械強度和柔韌性；3)化學穩定性：集流體應對電池中的化學環境穩定，以保持長期性能。
6、在不同類型的電池中(如鋰離子電池、鉛酸電池、固態電
7、現有技術下的集流體雖然在多種電池系統中發揮著關鍵作用，但它們也存在一些缺點和不足之處：1)重量和體積問題：傳統的金屬集流體(如銅和鋁箔)增加了電池的重量和總體積，這對于追求輕量化和高能量密度的應用(如電動汽車和便攜式電子設備)來說是一個限制；2)電化學穩定性：在某些電池化學體系中，特別是在高電壓或極端環境下，集流體的化學穩定性可能受到挑戰。例如，在高電壓條件下，鋁集流體可能會發生腐蝕；3)電導率限制：雖然金屬集流體具有良好的電導性，但仍有改進空間，特別是在高功率應用中，電池的性能可能受到內部電阻的限制；4)制造成本：高質量集流體的生產過程可能成本較高，特別是當涉及到復雜的微納米結構設計時；5)界面接觸不良：集流體與電極材料之間可能存在接觸不良的問題，這會影響電池的充放電效率和循環壽命。
技術實現思路
1、為解決上述問題，本申請提供了一種石墨烯毛化集流體及其制備方法和應用。本專利技術使用石墨烯毛化集流體在正極材料、負極材料分別做石墨烯毛化處理的方式，不增加重量，從而改善電導率和化學穩定性的集流體，提高集流體的性能。
2、第一方面，本申請提供了一種石墨烯毛化集流體的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
3、采用聚合物對正極集流體基材表面進行鍍層，后進行激光燒錄，得到所述石墨烯毛化集流體；和/或，
4、將負極集流體基材進行化學氣相沉積反應，以實現石墨烯生長在所述負極集流體基材上，得到所述石墨烯毛化集流體。
5、進一步地，所述正極集流體基材包括鋁箔，所述鋁箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99.9％；厚度為10～20微米。
6、進一步地，所述聚合物包括環氧樹脂聚合物、聚酰亞胺聚合物和熱固性聚合物；所述鍍層的厚度為1～3微米。
7、進一步地，所述激光燒錄的工作參數包括：功率為400毫瓦-800毫瓦，掃描速率為0.3cm/s-1cm/s。
8、進一步地，所述負極集流體基材包括銅箔，所述銅箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99％；厚度為6～8微米。
9、進一步地，將負極集流體基材進行化學氣相沉積反應的步驟包括：將銅箔放入cvd爐中，通入氫氣和氬氣或者氮氣作為保護氣體，加熱至900-1000℃左右，并在該溫度下保持穩定20分鐘；停止通入保護氣體，改通入碳源氣體，在高溫條件下，碳原子會在銅箔表面分解并形成石墨烯，這個過程持續30分鐘；反應完成后，關閉甲烷氣體，再次通入保護氣體以排凈甲烷氣體；在保護氣體的環境下，讓爐子逐漸冷卻到室溫，然后取出銅箔。
10、進一步地，石墨烯在銅箔表面生長厚度為1-3微米。
11、第二方面，本申請提供了一種石墨烯毛化集流體，所述石墨烯毛化集流體包括第一方面任一項所述的制備方法制得。
12、第三方面，本申請提供了第二方面任一項所述的石墨烯毛化集流體在制備電池中的應用。
13、本申請實施例提供的上述技術方案與現有技術相比至少具有如下優點：
14、本專利技術使用石墨烯毛化集流體在正極材料、負極材料分別做石墨烯毛化處理的方式，不增加重量，從而改善電導率和化學穩定性的集流體，提高集流體的性能，為改性集流體制備提供了一種新的手段，具有廣泛的實際應用價值。具體來說具有如下優點：
15、(1)提升電池效率：通過在集流體表面形成石墨烯結構，可以顯著提高電子的穿越速度和電池的充放電效率。
16、(2)降低電池內阻：石墨烯的高電導性能有助于減少電池內部的電阻，從而提高電池的整體性能。
17、(3)增加電池容量：由于石墨烯結構增加了集流體的表面積，可以在相同體積的電池中裝載更多的活性材料，從而增加電池的能量密度和總容量。
18、(4)改善低溫性能：石墨烯的獨特屬性可能有助于提升電池在低溫環境下的充放電能力，這對于在寒冷環境中使用的電池尤為重要。
19、(5)增強電池的循環穩定性：石墨烯的化學穩定性和機械強度有助于提高電池在長期使用過程中的穩定性和耐久性。
20、(6)提高熱管理效率：石墨烯的良好熱導性能有助于改善電池的熱管理，減少過熱的風險，特別是在高功率應用中。
21、(7)環境友好：相比傳統的金屬基集流體，使用石墨烯可能降低對環境的影響，尤其是如果石墨烯的生產過程是可持續的。
22、(8)提高電池的安全性：改善電池內部的電子和離子傳輸可以減少可能導致過熱和其他故障的局部熱點。
23、總之，本專利技術通過創新的集流體設計，不僅提高了電池的性能，還可能在安全性、穩定性和環境可持續性方面帶來積極的效果。
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1.一種石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述正極集流體基材包括鋁箔，所述鋁箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99.9％；厚度為10～20微米。
3.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述聚合物包括環氧樹脂聚合物、聚酰亞胺聚合物和熱固性聚合物；所述鍍層的厚度為1～3微米。
4.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述激光燒錄的工作參數包括：功率為400毫瓦-800毫瓦，掃描速率為0.3cm/s-1cm/s。
5.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述負極集流體基材包括銅箔，所述銅箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99％；厚度為6～8微米。
6.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，將負極集流體基材進行化學氣相沉積反應的步驟包括：將銅箔放入CVD爐中，通入氫氣和氬氣或者氮氣作為保護氣體，加熱至900-1000℃左右，并
7.根據權利要求6所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，石墨烯在銅箔表面生長厚度為1-3微米。
8.一種石墨烯毛化集流體，其特征在于，所述石墨烯毛化集流體采用權利要求1～7任一項所述的制備方法制得。
9.權利要求8所述的石墨烯毛化集流體在制備電池中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述正極集流體基材包括鋁箔，所述鋁箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99.9％；厚度為10～20微米。
3.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述聚合物包括環氧樹脂聚合物、聚酰亞胺聚合物和熱固性聚合物；所述鍍層的厚度為1～3微米。
4.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述激光燒錄的工作參數包括：功率為400毫瓦-800毫瓦，掃描速率為0.3cm/s-1cm/s。
5.根據權利要求1所述的石墨烯毛化集流體的制備方法，其特征在于，所述負極集流體基材包括銅箔，所述銅箔的理化參數包括：以重量百分數計，純度＞99％；厚度為6～8...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳利軍，郝國舜，
申請(專利權)人：北京創新愛尚家科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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