[发明专利]一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体及其制备方法和包含该集流体的电池

权利要求书

1.一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述集流体包括一层铜箔，所述铜箔上方沉积有一层掺杂锰的金属钛层，金属钛层表面设置有高度均匀有序的二氧化钛纳米管阵列结构，所述集流体的制备方法包括以下步骤：

（1）利用物理气相沉积方法在铜箔表面沉积一层有序金属锰阵列，并将金属锰阵列氧化，得到二氧化锰阵列；

（2）继续利用物理气相沉积方法将纯金属钛均匀沉积到铜箔表面并覆盖二氧化锰阵列，且保留铜箔极耳位；

（3）将所得镀钛铜箔作为阳极，以普通铜电极或惰性电极作为对电极，在电解液中通以直流电，反应得到生长二氧化钛纳米管阵列结构的镀钛铜箔；

（4）将所得生长二氧化钛纳米管阵列结构的镀钛铜箔进行退火，得到所述集流体。

2.根据权利要求1所述的一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述掺杂锰的金属钛层的厚度为1~2μm，二氧化钛纳米管长度为0.5~1μm、外管径＞150nm、管壁厚度＜50nm。

3.根据权利要求1所述的一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中二氧化锰阵列的制备方法如下：在铜箔表面均匀覆盖一层带有均匀孔洞的掩膜版，然后在其表面沉积一层金属锰，待沉积完成后除去掩膜版，孔洞中沉积的金属锰即为有序金属锰阵列，将其与氧气反应后得到二氧化锰阵列。

4.根据权利要求1或3所述的一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）以及步骤（2）中物理气相沉积方法包括磁控溅射、真空离子镀、电火花沉积技术或者多层喷射沉积技术。

5.根据权利要求1所述的一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中电解液为乙二醇：水质量比（6~10）:1充分溶解氟化铵的溶液，电解液中氟化铵浓度为（0.1~0.5）wt%，所述直流电电压为40~80V，反应时长为0.5~2h。

6.根据权利要求1所述的一种提升硅碳负极结构稳定性以及循环性能的集流体的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中退火温度为480~600℃，退火时间为20~45min，退火氛围为氩气。

7.一种长循环型高能量密度锂离子电池，该电池包括：正极、负极、隔膜、电解液、极耳以及外壳，所述极耳分别焊接在正负极极片上，用隔膜将正极和负极隔开，卷绕或者叠片形成电芯，将电芯封装进电池外壳中注入电解液并密封得到电池，其特征在于，所述负极中的负极集流体为权利要求1~6中任意一项所述制备方法制备得到的集流体，所述负极中的负极活性物质为硅基材料。

8.根据权利要求7所述的一种长循环型高能量密度锂离子电池，其特征在于，所述正极的正极集流体为轧制金属铝箔，所述正极中的正极活性物质材料为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、镍钴铝以及富锂锰基材料中的一种或多种组合物。

9.根据权利要求7所述的一种长循环型高能量密度锂离子电池，其特征在于，

所述隔膜为具有多孔结构的聚乙烯、聚丙烯或者聚酰亚胺薄膜；

所述电解液为溶有锂盐的有机溶液、离子液体或者固体电解质；

所述正极用铝基材质极耳，负极用铜镀镍极耳。