[發明專利]銅硅一體化電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201711483802.2
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108335800B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 張志佳;王佳敏;關新新;康建立
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01B1/04;H01B1/02
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 郝雅娟

本發明公開了一種銅硅一體化電極及其制備方法，該制備方法包括如下步驟：將硅粉與銅粉進行混合，得到銅硅混合粉末，將銅硅混合粉末球磨30?70h，得到銅硅復合粉；將銅硅復合粉與有機物混合，得到第一混合物；對第一混合物進行研磨，得到鑄膜液；刮膜：將鑄膜液置于刮膜板上，使用刮膜器對鑄膜液進行刮膜處理；隨后將刮膜后的鑄膜液放入水中進行溶劑?非溶劑相轉換，得到生坯；燒結：燒結分為兩步，首先在空氣中對生坯進行加熱，得到不含有機物的生坯，隨后在氫氣氣氛下將不含有機物的生坯還原，得到還原后的多孔銅硅膜；將還原后的多孔銅硅膜在輥壓機上輥壓后即可得到銅硅一體化電極。本發明的方法簡易并且高效，制備得到的電極循環穩定性好。

技術領域

本發明涉及一種電極及其制備方法，特別涉及一種銅硅一體化電極及其制備方法。

背景技術

隨著科技的進步，筆記本電腦、數碼電器、移動電話等新型電子儀器設備的發展，低成本、高能量密度、高電壓、輕型化且循環壽命長、安全性能好的全新的儲能設備成為人們研究的熱點。

許多作為儲能設備的新型負極材料，如硅基材料等，在循環過程中會產生極大的體積變化，從而導致了嚴重的粉化，造成了很大的容量損失并失去與集流體的導電聯系。

目前，針對這一問題提出許多解決辦法，例如：利用水熱法、溶液合成法或化學氣相沉積的方法制備碳復合材料；并利用導電劑進行包覆，例如碳、銀和導電聚合物等。但是，這些方法均需要復雜的合成過程，因此他們是冗長的、高成本的、以及費時的，嚴重阻礙了它們在商業化上的應用。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種銅硅一體化電極的制備方法，該方法包括如下步驟：生坯的制備：將粒徑為80-500nm的硅粉與粒徑為1-10μm的銅粉進行混合，得到銅硅混合粉末，將銅硅混合粉末球磨30-70h，得到銅硅復合粉；溶劑混合：將銅硅復合粉與聚丙烯腈和N-甲基吡咯烷酮混合，得到第一混合物；研磨：對第一混合物進行研磨，得到鑄膜液；刮膜：將鑄膜液置于刮膜板上，使用刮膜器對鑄膜液進行刮膜處理；隨后將刮膜后的鑄膜液放入水中進行溶劑-非溶劑相轉換，得到生坯；燒結：燒結分為兩步，首先在空氣中對生坯進行加熱，其中，升溫速度為1-9℃/min，加熱溫度在300-700℃，保溫2-6h，之后得到不含有機物的生坯，隨后在氫氣氣氛下將不含有機物的生坯還原，其中，升溫速度為10-15℃/min，燒結溫度在700-1000℃，保溫30-60min，之后得到還原后的多孔銅硅膜；制備電極：將還原后的多孔銅硅膜在輥壓機上輥壓后即可得到銅硅一體化電極。

優選地，上述技術方案中，硅粉占銅硅混合粉末的質量百分比為1.6％-6.3％。

優選地，上述技術方案中，在第一混合物中，銅硅復合粉的質量百分比為1.1％-4.3％，聚丙烯腈的質量百分比為3.19％-3.59％。

優選地，上述技術方案中，在溶劑混合步驟之前，在干燥箱中干燥銅硅復合粉，干燥時間12h。

本發明還提供一種由上述制備方法制得的銅硅一體化電極。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：相比于現有技術，本發明提出的方法較為簡易并且高效。通過合理的設計硅粉與銅粉的粒徑，并通過設計球磨時間，得到了硅粉、銅粉分散均勻的銅硅混合粉，為之后與有機物進行混合提供了性能好的原料；通過銅硅粉末與有機物之間的配比設計，得到了粘度適中的鑄膜液，從而保證之后的刮膜步驟能夠順利進行；利用刮膜技術，通過控制刮膜棒和刮膜板之間空隙的大小從而控制金屬膜的厚度，得到生坯后選用合適的燒結參數，得到了性能遠高于現有技術的電極材料。這種制備方法極大地提高了體積能量密度，提供了充足的空間緩解循環過程中的體積變化，且使納米粒子分散在具有3維貫通結構的多孔銅膜上，減小了納米粒子的團聚，具有廣泛的應用前景。