[發明專利]負極、具有該負極的電池及負極制備方法

有效

• 申請號: 201210015154.9
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN103378353A
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 陳璞;陳淵
• 申請（專利權）人: 蘇州寶時得電動工具有限公司;陳璞
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/04;B82Y30/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種負極，尤其涉及一種含有碳和硅的負極。

本發明還涉及一種具有含有碳和硅的負極的電池。

本發明還涉及一種負極的制備方法。

背景技術

鋰電池作為現有技術中的一種高能量密度電池，被業界人員進行了廣泛的研究。目前，就制作鋰電池的電極材料，有很多的研究方案。

比如，一種利用氣-液-固VLS(Vapor-liquid-solid)法獲得的硅納米線材料，是一維的硅納米材料。Vapor-liquid-solid法是一種用來制備一維納米材料的方法。通常，通過直接在固體表面吸附氣相來生長晶體的過程比較緩慢。為了克服這一缺點，該法中引入了一種可以快速吸收氣體達到飽和狀態的液態合金，可以使氣態原子在液固界面凝聚成核。當這些原子數量超過液相中的平衡濃度后，結晶便會在合金液滴的下部析出，并最終生長成納米線，而合金則留在其頂部。也就是說，結晶是從襯底表面延伸，并按一定方向形成具有一定形狀、直徑和長度的一維納米材料。這種方法獲得的負極材料其循環性能高，但由于其制備的工藝過程復雜，商業化的可能性小。

另一種采用氧化鋁模版制備的覆碳硅納米管負極材料。這種負極材料的容量比普通的商業化的石墨電極的容量大10倍。

負極材料采用硅納米線或硅納米管，使得負極材料結構本身存在緩沖空間，能緩解因充放電過程中硅體積的巨大變化引起的粉化現象，因而大幅提高硅負極的性能。

以上提到的兩種負極材料都是在減小硅的尺度方面進行的努力，以緩解負極的粉化現象。但這兩種材料的合成中用到的合成方法過程復雜，有的需要昂貴的催化劑或CVD設備，有的合成條件較難工業化。

因此，現有技術實有必要進一步改進。

發明內容

本發明提供一種具有高容量并且加工工藝簡單的負極。

本發明提供了一種負極，包括集流體和負極材料，所述負極材料包括碳納米管、納米硅和粘結劑，所述碳納米管通過所述粘結劑形成于所述集流體表面，所述納米硅包覆所述碳納米管。

優選的，所述碳納米管之間藉由所述粘結劑形成空間網絡結構。

優選的，所述納米硅以顆粒或者以顆粒形成的連續的膜的形式包覆所述碳納米管。

優選的，所述納米硅顆粒的粒度范圍為5至500納米。

優選的，所述納米硅以顆粒形成的連續的膜的厚度范圍為5至15000納米。

優選的，所述碳納米管的平均直徑范圍為60至100納米。

優選的，所述碳納米管的平均長度范圍為5至15微米。

本發明還提供了一種電池，包括正極、如上述的負極以及設于所述正極和負極之間的電解質。

本發明還提供了一種負極的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)將碳納米管與粘結劑在溶劑中混合，將制得的混合物涂布在集流體上，將涂有所述混合物的所述集流體進行干燥處理；

(2)對干燥后的涂有所述混合物的所述集流體進行磁控濺射硅處理：以涂有所述混合物的所述集流體為基體，采用中頻電源或偏壓電源，使用氬等離子體轟擊硅靶，硅被等離子體化，通過電磁場導向作用使所述硅沉積在所述混合物上。

優選的，所述磁控濺射過程中，工作室的真空度范圍為0.2至0.5Pa。

優選的，所述磁控濺射過程中，通過冷卻系統控制所述集流體的溫度不高于200℃。

優選的，所述中頻電源的脈沖直流頻率為40KHz，在所述硅靶上施加的電壓范圍為50至600V。

優選的，所述偏壓電源的脈沖頻率為20KHz，柵偏壓電勢差范圍為100至200V。

優選的，所述粘結劑包括含氟樹脂，所述含氟樹脂選自聚四氟乙烯樹脂、聚四氟乙烯-全氟烷氧基樹脂、聚四氟乙烯-氟化乙丙烯樹脂、聚四氟乙烯-乙烯四氟乙烯樹脂、三氟氯乙烯樹脂、聚偏氟乙烯樹脂中的至少一種。

優選的，所述碳納米管和所述粘結劑的重量比范圍為0.2至10。

優選的，所述干燥處理的溫度范圍為100至150℃。

優選的，所述溶劑包括有機溶劑，所述有機溶劑包括選自N-甲基-吡咯烷酮、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺中的至少一種。

與現有技術相比，本發明中通過磁控濺射直接在集流體上制備具有碳納米管-納米硅負極材料的負極，負極制備方法簡單，獲得的負極材料的容量大，導電性好，本發明揭示的制備負極的方法為工業化硅負極提供了一條新的制備途徑。

具體實施方式