[發明專利]一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極及其制備方法在審

申請號：	201710036957.5	申請日：	2017-01-19
公開（公告）號：	CN106601996A	公開（公告）日：	2017-04-26
發明（設計）人：	袁偉;邱志強;羅健;潘保有;黃詩敏;閆志國;譚振豪;湯勇	申請（專利權）人：	華南理工大學
主分類號：	H01M4/134	分類號：	H01M4/134;H01M4/66;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/1395;H01M10/0525;B82Y30/00
代理公司：	廣州粵高專利商標代理有限公司44102	代理人：	何淑珍
地址：	510640 廣***	國省代碼：	廣東;44
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于鋰離子電池多層納米復合電極及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，具體是一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池問世僅僅不到三十年，相比于閥控鉛酸蓄電池可充電鎳鎘電池或鎳氫電池來說，鋰離子電池以其單位能量密度高可適用范圍廣泛，以及優異的大電流放電等優勢成為這些二次電池中的佼佼者。新世紀初，隨著新能源動力汽車的研制與發展，降低能源的消費帶來的環境污染、替代基于化石燃料的陳舊能源結構為目的能源改革正在推進，以鋰離子電池為核心的能源構架正獲得廣泛的認同與接受。

鋰離子電池的負極應具有如下特點：電極電位較低，能夠保持一個平穩的平臺，使鋰離子電池能夠得到穩定的輸出電壓；理論比容量要盡可能地高，就是能夠有更多的鋰離子嵌入和脫出；材料在插鋰和脫鋰時，其結構應該保持不變或變化很小，從而保證電池具有好的循環性能；具有良好的電子導電性和快的鋰離子傳輸速度，這樣可以減少電池極化，在大倍率電流密度下充放電時，電池仍然可以具有高的比容量；界面性能要優異，可以與電解液形成穩定且良好的固體電解質界面膜(SEI 膜)；容易制備、來源豐富、成本低、無毒、安全和環境友好。目前所使用的鋰離子電池負極活性物質為石墨，然而石墨的理論比容量不高，無法滿足日益增長的能量需求。硅作為活性物質，具有很高的理論比容量，但體積膨脹大于300%，導致活性物質粉化脫落，不可逆容量增加，電池壽命短。很多研究者將碳硅核殼納米結構作為活性物質，可以很好的限制硅體積的膨脹，但活性物質的電阻較大，電池性能低。也有研究者研究出含有銅硅核殼納米結構的電極，但硅的膨脹收縮導致硅納米材料的脫落。傳統的活性物質涂料里都含有導電劑，粘結劑等對電池容量不起作用的材料，不但降低了電池有效利用體積，還增加了活性物質的電阻。

發明內容

為了提高鋰離子電池的容量，有效地限制硅的體積膨脹，提高電極的導電性能，減少粘結劑和導電添加劑的使用，從而有利于提高電池的可逆容量、庫倫效率、循環穩定性等電化學性能，本發明提供了一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極。

本發明還提供了所述一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極的制備方法。

本發明通過如下技術方案實現。

一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極，主要由銅集流體和多層活性物質構成；所述銅集流體由銅粉顆粒構成；

所述銅集流體具有多孔結構和納米針狀結構；所述多孔結構存在于銅粉顆粒之間；所述納米針狀結構在銅粉顆粒的表面上；

所述多層活性物質包覆在帶納米針狀結構的銅粉顆粒的外表面；所述多層活性物質包括硅納米層和碳納米層，所述碳納米層包覆在硅納米層的外表面。

所述的一種用于鋰離子電池的多層納米復合電極的制備方法，包括如下步驟：

（1）銅粉的燒結：稱量銅粉置于石墨模具中，放入真空電阻爐中，高溫燒結，得到燒結樣品；

（2）氧化銅納米針狀結構的生長與還原：將燒結樣品置于馬弗爐中，高溫加熱后，再置于真空電阻爐中，氫氣氣氛下加熱還原，得到所述銅集流體；

（3）硅納米層的沉積：將銅集流體置于化學氣相淀積反應器（CVD）內，通入純硅烷（SiH4），完成硅納米層的沉積；

（4）碳納米層的包覆：將沉積了硅納米層的銅集流體置于聚乙烯醇溶液中浸泡，真空干燥后，置于真空電阻爐內，保護氣氛下加熱保溫，得到所述用于鋰離子電池的多層納米復合電極。