[發明專利]銅集流體及其制備方法、負電極以及二次電池

在審

• 申請號: 201910873340.8
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN110635139A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 羿井司;陸子恒;陳佳華;楊錚;劉國華;李誠;劉宇;鐘國華;楊春雷;趙斌
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院;惠州市烯谷新能源產業技術研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M10/052
• 代理公司: 44304 深圳市銘粵知識產權代理有限公司
• 代理人: 孫偉峰;黃進

本發明公開了一種銅集流體，其包括銅片本體以及通過濺射硅和碳在所述銅片本體表面上形成的保護膜層；其制備方法包括：將銅片本體置于含有硅靶和碳靶的共濺射設備中，應用共濺射工藝在所述銅片本體表面上共濺硅和碳形成保護膜層。本發明還公開了包括以上所述銅集流體的負電極以及相應的二次電池。本發明提供的銅集流體應用于負電極以及相應的二次電池中，可以使得二次電池具有更高、更穩定的庫倫效率和更長的循環壽命。

技術領域

本發明屬于二次電池技術領域，尤其涉及一種銅集流體及其制備方法，還涉及包含所述銅集流體的負電極以及相應的二次電池。

背景技術

鋰電池具有工作溫度范圍寬，放電電壓平穩，自放電率低，使用壽命長等優點，已被廣泛應用于各種領域，特別是航天航空、軍事、長壽命儀器儀表、物流追蹤、汽車電子、移動數碼產品等領域。

鋰金屬電池是以鋰金屬電極作為負極的一種可充電鋰電池。由于鋰金屬具有極高的理論比容量(3860mAh/g)，大約是目前商業上使用的負極材料的比容量的10倍，所以它具有更好的循環性能；同時鋰金屬具有低的電化學勢(與標準氫電極相比為-3.040V)，這保證了整個電池的高工作電壓；此外，鋰金屬負極可與不同的正極材料配對。

鋰電池的工作原理是將化學能轉化為電能的一種電化學裝置，那么在這個過程中，需要一種介質把化學能轉化的電能傳遞出來，這里就需要使用導電材料作為集流體。在普通材料中，金屬材料是導電性最好的材料，其中價格便宜且導電性良好的就是銅。另外，鋰電池的封裝中，主要有卷繞和疊片兩種方式，對于卷繞的方式，要求用于制備電池的電極片具有一定的柔軟性，才能保證電極片在卷繞時不發生脆斷等問題，在金屬材料中，銅也是質地較軟的金屬。同時，銅在空氣中本身比較穩定，在干燥的空氣中基本不反應。基于以上的幾種因素，銅箔是一種理想的負極集流體材料。

由于目前的電池負極的制作方法是直接在銅箔上涂覆負極活性物質，其不足之處在于普通銅箔的表面粗糙度較低，比表面積較小，在涂覆負極漿料后銅箔和漿料間的粘結力會比較差，從而導致負極極片在后續的分切、沖片、轉移的過程中容易出現局部甚至大面積掉料的現象，使得產品的合格率降低，成本增加，特別是當所涂覆負極材料本身顆粒粒徑較小，表面面積較大時，其涂覆后極片的粘結力會更差。以上的這些問題會導致電池的循環壽命縮短。

發明內容

鑒于現有技術存在的不足，本發明提供了一種銅集流體及其制備方法，所述銅集流體應用于負電極中，可以使得鋰電池等二次電池具有更高、更穩定的庫倫效率和更長的循環壽命。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種銅集流體，其包括銅片本體以及通過濺射硅和碳在所述銅片本體表面上形成的保護膜層。

在優選的方案中，所述保護膜層中，硅和碳的質量比例為1:3～1:7。

在優選的方案中，所述銅片本體的厚度為10μm～20μm。

在優選的方案中，所述銅片本體為銅箔。

在優選的方案中，所述保護膜層的厚度為1μm～3μm。

如上所述的銅集流體的制備方法包括：提供銅片本體并將所述銅片本體置于含有硅靶和碳靶的共濺射設備中；應用共濺射工藝在所述銅片本體表面上共濺硅和碳形成保護膜層，制備獲得所述銅集流體。

具體地，所述共濺射工藝中，在濺射硅和碳時濺射氣體分別為氬氣，氣體流量均為10sccm～15sccm。

具體地，所述共濺射工藝中，濺射硅的濺射功率為40W～60W，濺射碳的濺射功率為80W～120W，濺射時間為4h～8h。

本發明還提供了一種負電極，其包括如上所述的銅集流體。