[發(fā)明專利]一種硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極及其制備方法和鋰離子電池

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610858743.1
• 申請(qǐng)日: 2016-09-28
• 公開（公告）號(hào): CN107871850A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊婉璐;王志勇;夏圣安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華為技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/133
• 分類號(hào): H01M4/133;H01M4/134;H01M4/1393;H01M4/1395;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/64;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強(qiáng)

1.一種硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，包括集流體和通過靜電自組裝形成在所述集流體上的硅/石墨烯復(fù)合薄膜，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜包括交替層疊設(shè)置的至少一層硅薄膜層和至少一層石墨烯薄膜層，所述硅薄膜層通過靜電引力結(jié)合在所述集流體上或所述石墨烯薄膜層上，所述石墨烯層通過靜電引力結(jié)合在所述集流體上或所述硅薄膜層上。

2.如權(quán)利要求1所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜包括交替層疊設(shè)置的1-20層所述硅薄膜層和1-20層所述石墨烯薄膜層。

3.如權(quán)利要求1或2所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜的最外層為石墨烯薄膜層。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜內(nèi)部具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述集流體帶有負(fù)電荷，所述硅薄膜層帶有正電荷或負(fù)電荷，所述石墨烯薄膜層帶有正電荷或負(fù)電荷。

6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅薄膜層的硅材料表面修飾有陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)，所述石墨烯薄膜層的石墨烯表面修飾有陰離子型聚電解質(zhì)。

7.如權(quán)利要求6所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)包括帶有堿性可電離基團(tuán)的聚合物，所述堿性可電離基團(tuán)包括氨基、亞氨基；所述陰離子型聚電解質(zhì)包括帶有羧基、烷氧基或酚氧基的聚合物、或電離后帶有碳酸根離子、碳酸氫根離子、磷酸根離子、硅酸根基離子、硫離子的聚合物。

8.如權(quán)利要求7所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)包括聚二烯丙基二甲基氯化銨；所述陰離子型聚電解質(zhì)包括聚丙烯酸。

9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅薄膜層的厚度為500nm-2μm。

10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述石墨烯薄膜層的厚度為500nm-2μm。

11.如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜中硅薄膜層的質(zhì)量占比為5％-90％。

12.如權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅薄膜層的硅材料為硅納米粒子、硅納米纖維、硅納米棒、硅納米管、硅納米針和硅納米多孔微球中的一種或多種。

13.如權(quán)利要求12所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述硅納米粒子的平均粒徑為10nm-900nm；所述硅納米纖維、硅納米棒、硅納米管或硅納米針的平均橫向直徑為5nm-900nm；所述硅納米多孔微球的平均粒徑為10nm-900nm。

14.如權(quán)利要求1-13任一項(xiàng)所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，其特征在于，所述集流體為金屬箔、帶涂層金屬箔、合金、不銹鋼、硅片、導(dǎo)電碳、導(dǎo)電玻璃、導(dǎo)電纖維布和石墨烯基基底中的一種。

15.一種硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供集流體，將所述集流體進(jìn)行負(fù)電化處理，得到帶負(fù)電的集流體；

提供硅材料，將所述硅材料進(jìn)行電荷化處理，得到帶電荷的硅材料分散液；

提供石墨烯，將所述石墨烯進(jìn)行電荷化處理，得到與所述硅材料帶相反電荷的石墨烯分散液；

將所述帶負(fù)電的集流體交替浸入到所述帶電荷的硅材料分散液和所述與硅材料帶相反電荷的石墨烯分散液中，通過靜電引力作用在所述帶負(fù)電的集流體上沉積硅薄膜層和石墨烯薄膜層，最終自組裝形成硅/石墨烯復(fù)合薄膜，即得到硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極，所述硅/石墨烯復(fù)合薄膜包括交替層疊設(shè)置的至少一層硅薄膜層和至少一層石墨烯薄膜層。

16.如權(quán)利要求15所述的硅/石墨烯復(fù)合薄膜電極的制備方法，其特征在于，將所述集流體進(jìn)行負(fù)電化處理的具體操作為：采用堿的醇水混合溶液浸泡所述集流體。