[发明专利]铜碳硅复合负极片的制备方法及其应用

说明书

一种电化学能源技术领域铜碳硅复合负极片的制备方法及其应用，将铜纳米线和碳纳米管的混合溶液旋涂在铜箔上，制得多孔集流体，将多孔集流体干燥后再采用PECVD法在表面沉积硅薄膜，制成铜碳硅复合负极片。本发明采用铜纳米线和碳纳米管复合而成的多孔集流体，并复合硅薄膜，增强了锂离子在负极的迁移效率，减缓了硅在膨胀时产生的巨大应力，具有能量密度高，循环性能好等特点。

技术领域

本发明涉及的是一种电化学能源领域的技术，具体是一种铜碳硅复合负极片的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有循环寿命长、安全性能好、可快速充放电、高能量密度、自放电率小以及工作温度范围宽等特点，主要用于电动自行车、各种发电储能系统、笔记本电脑和照明设备等领域。

但是缺点是锂的反复嵌入脱出导致合金电极在充放电过程中体积变化大逐渐失效，所以循环能力差，而且传统的电池的负极材料比如碳石墨，它的比容量很低只有372mAh/g，又或者碳纳米管，虽然首次放电容量为1700mAh/g，但可逆容量仅为400mAh/g，难以满足能量密度的需要。因此迫切需要开发一种新型高比容量的锂离子负极材料。负极材料作为整个电池非常重要的部分，直接影响电池的制造成本以及使用性能。

硅是半导体材料，将其作为锂离子电池负极，则具有低的脱嵌电位以及高的理论比容量。但是单一硅负极材料在脱嵌锂的时候会有较大的体积变化会导致电池破损，则限制了在锂离子电池中的使用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种铜碳硅复合负极片的制备方法及其应用，采用铜纳米线和碳纳米管复合而成的多孔集流体，并复合硅薄膜，增强了锂离子在负极的迁移效率，减缓了硅在膨胀时产生的巨大应力，具有能量密度高，循环性能好等特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种铜碳硅复合负极片的制备方法，将铜纳米线和碳纳米管的混合溶液旋涂在铜箔上，制得多孔集流体，将多孔集流体干燥后再采用PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)法在表面沉积硅薄膜，制成铜碳硅复合负极片。

所述铜纳米线和碳纳米管的混合溶液通过将铜纳米线溶液和碳纳米管溶液超声混合得到，超声混合时间为30～120min，混合溶液中铜纳米线和碳纳米管的重量比例为1:1～50:1；

所述铜纳米线溶液通过将铜纳米线按照10～30mg/mL的比例超声溶于有机溶剂得到，超声时间为60～300min；

所述碳纳米管溶液通过将碳纳米管按照0.5～3mg/mL的比例超声溶于有机溶剂得到，超声时间为60～300min。

所述有机溶剂包括但不限于酒精、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮。

所述旋涂的具体操作过程如下：

S₁，将铜纳米线和碳纳米管的混合溶液旋涂在铜箔上，旋涂速度为1500～4000rpm、旋涂时间为10～60s，将旋涂后的铜箔放置在真空干燥箱中真空干燥1～20min；

S₂，重复步骤S₁中操作2～12次后，将经旋涂的铜箔放置在真空干燥箱中真空干燥8～24h，制得多孔集流体。

所述沉积硅薄膜的具体操作如下：将多孔集流体装入PECVD仪器的衬底盘上，抽真空至0.1～0.5Pa，按10～100sccm(standard cubic centimeter per minute，标准毫升/分钟)的流量通入反应气体硅烷并按1～10sccm的流量通入稀释气体氢气，并加热至100～500℃，然后打开射频电源，调节射频功率至8～15w，反应气体发生等离子体辉光放电现象在多孔集流体上沉积形成硅薄膜，沉积时间为1～3h。