CN112820860A - 一种硅碳复合负极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅碳复合负极的制备方法，(1)采用气相沉积法在铜箔表面沉积一层硅层；(2)对其进行铜/硅界面合金化处理；(3)将石墨、粘结剂和导电剂混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层。(4)对其进行烘干处理。本发明中所述负极的制备方法可使硅层和石墨层进行层状复合，其中石墨层相比于碳层具有更加优异的充放电性能，且在铜/硅界面形成合金化层，提高了铜/硅之间的结合力和极片整体导电性。本发明中所述的负极可望同时具备优异的循环稳定性以及高的比容量。

Description

一种硅碳复合负极的制备方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种硅碳复合负极的制备方法。
背景技术
目前，现有锂离子电池用石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达355mAh/g左右，基本已无提升空间。硅作为锂离子电池负极材料的理论容量可达4200mAh/g左右，且硅在地壳中的含量丰富，仅次于氧，因此成为研究热点。但是，硅材料巨大的储锂膨胀效应和导电性差的问题限制了其充放电性能的发挥，导致仍无法大规模应用。研究发现，在集流体表面直接制备硅薄膜作为负极可有效缓解其膨胀效应。但是，由于硅薄膜的导电性仍较差，其高倍率下的充放电性能仍不尽人意。因此出现了硅层和碳层的复合薄膜负极结构，碳层的目的是提高负极整体导电性。但是，碳层的充放电性能不如石墨。由于石墨化温度远高于铜箔和硅材料的熔点，因此无法对负极片进行石墨化处理。
发明内容
针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种硅碳复合负极的制备方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种硅碳复合负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，采用气相沉积法在铜箔表面沉积一层硅层；
步骤(2)，对其进行铜/硅界面合金化处理；
步骤(3)，将石墨、粘结剂和导电剂混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层。
步骤(4)，对其进行烘干处理。
进一步地，步骤(1)所述气相沉积法优选化学气相沉积法。
进一步地，步骤(1)所述硅层的厚度优选50-200nm。
进一步地，步骤(2)所述合金化处理方法优选快速热处理法，热处理温度优选850-1000℃。
进一步地，步骤(3)所述石墨和硅的质量比值优选4-33。
与现有技术相比，本发明有益效果包括：
(1)本发明中所述负极制备方法可使硅层和石墨层进行层状复合，其中石墨层相比于碳层具有更加优异的充放电性能；
(2)本发明中所述的负极制备方法可使铜/硅界面形成合金化层，提高了铜/硅之间的结合力和极片整体导电性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图示说明：1-铜箔，2-铜/硅合金层，3-硅层，4-石墨负极层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1。
如附图1所示的一种硅碳复合负极的制备方法。(1)采用热丝化学气相沉积法在铜箔表面沉积一层50nm厚的硅层；(2)采用快速热处理法对其进行铜/硅界面合金化处理，处理温度为850℃，处理时间为2min；(3)将石墨、粘结剂和导电剂按质量比92:4:4混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层，石墨和硅的质量比为4。(4)在120℃下对其进行烘干处理。
所制备的负极的首次放电容量为900mAh/g，0.5C循环500周容量保持率为81％。
实施例2。
如附图1所示的一种硅碳复合负极的制备方法。(1)采用热丝化学气相沉积法在铜箔表面沉积一层50nm厚的硅层；(2)采用快速热处理法对其进行铜/硅界面合金化处理，处理温度为1000℃，处理时间为2min；(3)将石墨、粘结剂和导电剂按质量比92:4:4混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层，石墨和硅的质量比为33。(4)在120℃下对其进行烘干处理。
所制备的负极的首次放电容量为420mAh/g，0.5C循环500周容量保持率为94％。
实施例3。
如附图1所示的一种硅碳复合负极的制备方法。(1)采用热丝化学气相沉积法在铜箔表面沉积一层200nm厚的硅层；(2)采用快速热处理法对其进行铜/硅界面合金化处理，处理温度为1000℃，处理时间为2min；(3)将石墨、粘结剂和导电剂按质量比92:4:4混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层，石墨和硅的质量比为9。(4)在120℃下对其进行烘干处理。
所制备的负极的首次放电容量为620mAh/g，0.5C循环500周容量保持率为86％。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种硅碳复合负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，采用气相沉积法在铜箔表面沉积一层硅层；
步骤(2)，对其进行铜/硅界面合金化处理；
步骤(3)，将石墨、粘结剂和导电剂混合均匀后涂覆于硅层表面，使硅层表面形成一层石墨负极层；
步骤(4)，对其进行烘干处理。
2.根据权利要求1所述的硅碳复合负极的制备方法，其特征是所述步骤(1)气相沉积法采用化学气相沉积法。
3.根据权利要求1所述的硅碳复合负极的制备方法，其特征是所述步骤(1)硅层的厚度为50-200nm。
4.根据权利要求1所述的硅碳复合负极的制备方法，其特征是所述步骤(2)合金化处理方法采用快速热处理法，热处理温度为800-1000℃。
5.根据权利要求1所述的硅碳复合负极的制备方法，其特征是所述步骤(3)石墨和硅的质量比值为4-33。
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