锂离子电池作为环保高能的可充电电源,在新一代便携电子产品、新能源汽车、工业储能设备等有着巨大的应用前景。集流体作为锂离子电池的重要组成部件,其表面结构对电池的电极强度、电荷传输效率及电化学性能有着重要的影响。商用锂离子电池负极集流体的表面结构通常比较单一,与活性材料结合容易出现粘附不牢、接触不均匀的问题,甚至引起活性材料的粉化和脱落,最终导致电池的失效。针对以上问题,本文提出表面具有图形化结构的锂离子电池负极集流体,围绕图形化表面结构的设计制造、表面功能层的测试评估、集流体的材料体系优化及对锂离子电池电化学性能的影响展开系统研究,主要研究内容有:(1)图形化表面结构的设计制造及CuO功能层的测试评估结合光刻技术和新型蚀刻工艺,在铜片表面设计图形化凹陷结构,并在其内部制备CuO功能层。通过SEM测试、电阻-压力测试、EIS测试和循环充放电测试,对图形化CuO/Cu复合集流体的形貌、电极导电性、双层活性物质等效电路验证以及电池循环特性等内容展开系统的研究,揭示图形化表面结构及CuO功能层对电池性能的影响机理。(2)CuO材料体系的性能改进策略及优化机理研究结合碳纤维表面金属化工艺和热处理技术,制备具有分层核壳结构的CF/CuO免粘结剂复合电极。针对CuO材料体系的导电缺陷,利用导电碳纤维对CuO电极材料的导电性进行优化,并通过XRD、XPS、SEM和TEM表征方法及电化学测试手段对CuO材料体系的导电性优化机理展开研究,剖析CF/CuO体系对锂离子电池电化学性能提升的影响。(3)棋盘状CNF/CuO/Cu复合集流体的制备及电化学性能研究引入新型镀镍工艺和催化剂活化工艺,通过化学气相沉积技术在棋盘状沟槽的表面生长碳纳米纤维,制备棋盘状CNF/CuO/Cu复合集流体,并对其机械性能及电化学性能展开研究。集流体表面的棋盘状沟槽结构在提高电极强度和导电性的同时,与其表面的CNF和CuO功能层耦合,可有效改善电极的储锂性能和缓冲活性材料在循环过程中剧烈的体积变化,从而达到同步改善锂离子电池的可逆容量、倍率性能和循环寿命的目的。