[发明专利]一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔，其原料包括：铜箔、粘结剂、溶剂、量子点。本发明提出的一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔及其制备方法，通过优化制备工艺，量子点涂层分布均匀，用于锂离子硅基负极材料后能有效增加其与集流体、导电剂之间的粘结性，减小锂离子循环电池内阻，提高了锂离子循环电池的循环性能、有效容量以及其他电性能，有效延长锂离子循环电池循环寿命。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔及其制备方法。

背景技术

随着新能源产业的持续健康发展，移动便携式电子产品和新能源电动汽车技术的发展，对于长续航能量锂离子电池的开发提出了越来越高的要求。

与传统石墨负极相比，硅的理论储锂容量(4200mAh/g)和较低的脱锂电位(0.5V)，超过石墨材料理论储锂能量372mAh/g的10倍，且硅的电压平台略高于石墨，在充电时难引起表面析锂，安全性能更好。硅成为锂离子循环电池碳基负极升级换代的富有潜力的选择之一。但硅作为锂离子循环电池负极材料也有缺点。硅是半导体材料，自身的电导率较低。在电化学循环过程中，锂离子的嵌入和脱出会使材料体积发生300％以上的膨胀与收缩，产生的机械作用力会使材料逐渐粉化，造成结构坍塌，最终导致电极活性物质与集流体脱离，丧失电接触，导致锂离子循环电池循环性能大大降低。此外，由于这种体积效应，硅在电解液中难以形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜。伴随着电极结构的破坏，在暴露出的硅表面不断形成新的SEI膜，加剧了硅的腐蚀和容量衰减。

为改善硅基负极循环性能，提高材料在循环过程中的结构稳定性，通常将硅材料纳米化和复合化。目前，硅材料纳米化的主要研究方向包括：硅纳米颗粒(零维纳米化)、硅纳米线/管(一维纳米化)、硅薄膜(二维纳米化)和3D多孔结构硅、中空多孔硅(三维纳米化)；硅材料复合化的主要研究方向包括：硅/金属型复合、硅/碳型复合及三元型复合(如硅/无定型碳/石墨三元复合体系)如何有效地使用硅基负极材料是急需解决的问题。采用纳米硅粉可以有效缓解硅基负极材料的体积膨胀，但是由于纳米硅粉和石墨粉的比重相差较大，在两者组合作为活性物质使用时，按现有常规方法进行调浆以后，在涂覆成膜干燥的过程中，因两者比重差异而极易造成纳米硅粉浮浆、团聚，进而影响整体影响锂离子循环电池使用性能，如此，不仅发挥不出纳米硅粉的有效容量，更会降低锂离子循环电池的循环寿命。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔及其制备方法，通过优化制备工艺，量子点涂层分布均匀，用于锂离子硅基负极材料后能有效增加其与集流体、导电剂之间的粘结性，减小锂离子循环电池内阻，提高了锂离子循环电池的循环性能、有效容量以及其他电性能，有效延长锂离子循环电池循环寿命。

本发明提出的硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔，其原料包括：铜箔、粘结剂、溶剂、量子点。

优选地，粘结剂、溶剂、量子点之间的质量比为1～3:96.5～98.999:0.001～0.5。

优选地，粘结剂、溶剂、量子点之间的质量比为1.2～2.6:97～98.5:0.15～0.4。

优选地，粘结剂由羟甲基纤维素、丁苯橡胶、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、海藻酸钠中的一种或两种以上组成。

优选地，溶剂为水。

优选地，S2中，量子点按以下工艺进行制备：将石墨烯进行超声破碎或高速剪切，得到粒径为1～100nm的量子点；其中，石墨烯为单层或多层石墨烯。

本发明还提出了一种硅基负极材料用量子点水系涂层铜箔的制备方法，包括以下步骤：

S1、粘结剂预处理：将粘结剂在60～120℃下预处理6～24h，得到预处理粘结剂；