[發明專利]一種三維結構碳基儲能薄膜及制備方法、電極片與應用

在審

• 申請號: 202010825136.1
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN112086641A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 田冰冰;俞兆喆;李瑛;蘇陳良;張文靜;范滇元
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/38;H01M4/13;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉;孫果

本發明公開了一種三維結構碳基儲能薄膜及制備方法、電極片與應用。所述三維結構碳基儲能薄膜，包括：采用金屬有機化合物化學氣相沉積方法在基體上制備的石墨烯層；沉積在石墨烯層上的能量密度貢獻主體元素層；沉積在所述能量密度貢獻主體元素層上的保護層。本發明采用金屬有機化合物化學氣相沉積方法生長形成石墨烯層，其條件易控，有效保證生長的三維結構碳基儲能薄膜化學性能穩定，效率高，適用于工業化大規模的生產。

技術領域

本發明涉及化學電源技術領域，尤其涉及一種三維結構碳基儲能薄膜及制備方法、電極片與應用。

背景技術

鋰電池由于其容量高、能量密度大、造價低廉、循環壽命長、工作電壓高等優點，成為當今最具潛力的能量儲存體系之一，并已得到廣泛運用。其中，電極材料的性能直接決定了鋰離子電池的性能。

石墨烯作為一種新型的二維碳材料，具有高理論比表面積、電容性與導電性，更加適合作為電容去離子裝置中的電極材料。但石墨烯在制備過程中，由于片層之間的范德華力以及π-π作用力，使得其實際的比表面積和導電性遠低于理論值，這限制了其在電容去離子技術中的應用。而且，高比表面積的石墨烯由于表面活性能高，分子間的作用力以及化學鍵作用強而容易發生疊層和團聚，使比表面積顯著降低，不能充分發揮石墨烯材料的高比表面、高導電和高導熱的性能優勢，這在一定程度上限制了其在鋰離子電池中的進一步應用。

目前，主要是通過體相摻雜和表面包覆等途徑來改善石墨烯的結構和性能，這樣無形中增加了成本。另外，石墨烯大多是將石墨烯與導電劑和粘結劑等先配制成負極漿料，然后進行涂覆處理獲得負極極片。正是由于粘結劑等的存在導致制備的相應負極極片內阻偏大，而且含石墨烯的活性層易脫落，從而導致鋰電池的首次充放電效率和比容量以及循環等性能不理想。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種三維結構碳基儲能薄膜及制備方法、電極片與應用，旨在解決現有儲能薄膜中內阻偏大和活性層易脫落的問題。

一種三維結構碳基儲能薄膜，其中，包括：

采用金屬有機化合物化學氣相沉積方法在基體上制備的石墨烯層；

沉積在石墨烯層上的能量密度貢獻主體元素層；

沉積在所述能量密度貢獻主體元素層上的保護層。

一種如上所述三維結構碳基儲能薄膜的制備方法，其中，包括：

提供基體；

通過金屬有機化合物化學氣相沉積方法在所述基體上生長石墨烯層；

將能量密度貢獻主體元素沉積在所述石墨烯層上，得到能量密度貢獻主體元素層；

將保護層材料沉積在所述主體元素層的表面，得到三維結構碳基儲能薄膜。

所述的三維結構碳基儲能薄膜的制備方法，其中，所述能量密度貢獻主體元素的靶材包括：硫、鋰、硅、錫、鈦、釩、鋁、金、銀、銅、鉬、鈷中的至少一種；

或所述能量密度貢獻主體元素的靶材包括：硫化合物、鋰化合物、硅化合物、錫化合物、鈦化合物、釩化合物、鋁化合物、金化合物、銀化合物、銅化合物、鉬化合物、鈷化合物中的至少一種。

所述的三維結構碳基儲能薄膜的制備方法，其中，所述保護層包括：鈦酸鋰保護層、二氧化鈦保護層、錳酸鋰保護層、氧化鋰保護層中的一種或多種。

所述的三維結構碳基儲能薄膜的制備方法，其中，在所述金屬有機化合物化學氣相沉積的過程中，反應溫度控制為500℃-1200℃。

所述的三維結構碳基儲能薄膜的制備方法，其中，在所述金屬有機化合物化學氣相沉積的過程中，反應氣氛為氫氣、氬氣、氨氣中的至少一種氣氛或多種混合氣體氣氛。