TWI414100B

TWI414100B - 鋰離子電池負極及其製備方法

Info

Publication number: TWI414100B
Application number: TW096136380A
Authority: TW
Inventors: Chen Feng; Hao-Xu Zhang; Kai-Li Jiang; Shou-Shan Fan
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2013-11-01
Also published as: TW200915644A

Description

鋰離子電池負極及其製備方法

本發明涉及一種鋰離子電池負極及其製備方法，尤其涉及一種基於奈米碳管的鋰離子電池負極及其製備方法。

鋰離子電池係一種新型的綠色化學電源，與傳統的鎳鎘電池、鎳氫電池相比具有電壓高、壽命長、能量密度大的優點。自1990年日本索尼公司推出第一代鋰離子電池後，它已經得到迅速發展並廣泛用於各種可擕式設備。

鋰離子電池作為新一代化學電源，其性能特點主要取決於其製作材料的性能；其中負極材料係其關鍵材料之一。一種好的負極材料應具有以下特點：比能量高；相對鋰電極的電極電位低；充放電反應可逆性好；與電解液和粘結劑的相容性好；比表面積小(<10平方米/克)，比密度高(>2.0克/立方厘米)；嵌鋰過程中尺寸和機械穩定性好；資源豐富，價格低廉；在空氣中穩定、無毒副作用等。鋰離子電池負極包括集電體和負極材料，集電體通常採用銅箔、鎳箔或鋁箔，傳統的鋰離子電池的負極材料通常採用碳系材料或金屬類材料。

通常使用的碳系材料為人造石墨或天然石墨等石墨化碳系材料。這些材料的優點係比容量高(200毫安培時/克(mAh/g)~400 mAh/g)，循環效率高(>95%)，循環壽命長和電池內部沒有金屬鋰而不存在安全問題。奈米碳管(carbon nanotube,CNT)係近年來發現的一種新型碳系材料，由單層或多層的石墨片狀結構捲曲而成。奈米碳管的層間距為0.34奈米，略大於石墨的層間距，有利於鋰離子的嵌入和脫出。奈米碳管作鋰離子電池負極材料，鋰離子不僅可嵌入中空管內，而且可嵌入到層間的縫隙、空穴之中，具有嵌入深度小、過程短，嵌入位置多等優點。使用該類材料製作的鋰離子電池負極通常包括集電體、粘結劑和奈米碳管。一般將奈米碳管和粘接劑混合均勻後塗於集電體上制得電池負極。然而，碳系材料的種類、製備方法和熱處理溫度不同時，均會導致負極材料組成和結構上的差異，進而引起鋰離子嵌入行為與性能的差異，而且碳系材料的可逆儲鋰容量均較低。

與碳系材料相比，金屬類的負極材料則具有較高的儲鋰容量。其中，錫係一種比容量較大的儲鋰材料，比容量在1000 mAh/g以上。使用該類材料製作的鋰離子電池負極通常包括集電體和金屬錫。一般採用電鍍法將金屬錫單質直接鍍在集電體上制得電池負極，其中錫單質在嵌鋰過程中可以與鋰反應形成鋰合金。但在充放電過程中錫電極體積變化較大，高達600%，因此在鋰的反復可逆嵌入和脫出過程中，錫粒子易發生粉化，結構受到破壞，因而循環性能較差。隨著循環次數的增加，錫電極存儲容量下降較快(請參見，“Improvement in electrochemical properties of nano-tin-polyaniline lithium-ion composite anodes by control of electrode microstructure”,Journal of Power Source, Xiang-Wu Zhang et al.,V109,p136-141(2002))。這些缺點限制了以錫作為負極材料在鋰離子電池中的廣泛應用。

有鑒於此，提供一種具有充放電效率高、可逆儲鋰容量高且循環性能好的鋰離子電池負極實為必要。

一種鋰離子電池負極，包括一奈米碳管複合薄膜。該奈米碳管複合薄膜包括一奈米碳管薄膜結構和多個奈米級錫氧化物顆粒。其中該奈米碳管薄膜結構包括至少兩層重疊且交叉設置的奈米碳管薄膜，該奈米級錫氧化物顆粒附著在奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管管腔內。

所述奈米碳管薄膜包括多個首位相連且擇優取向排列的奈米碳管束。

所述鋰離子電池負極進一步還可以包括一集電體，上述奈米碳管複合薄膜設置於該集電體之上。所述集電體為金屬基板。

一種鋰離子電池負極的製備方法，其包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列；採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜結構；在奈米碳管薄膜結構中複合奈米級錫氧化物顆粒形成一奈米碳管複合薄膜，從而得到一鋰離子電池負極。

進一步包括使用有機溶劑處理上述奈米碳管薄膜結構。該有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。

所述使用有機溶劑處理奈米碳管薄膜結構的方法包括通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜結構表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構。

所述鋰離子電池負極的製備方法進一步可以包括將該奈米碳管複合薄膜粘附於一集電體上。

相較於先前技術，所述的鋰離子電池負極係將奈米碳管薄膜結構與錫氧化物材料複合。通過自組織的方式，錫氧化物顆粒附著在奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜中的奈米碳管管腔內形成奈米碳管複合薄膜。其中錫氧化物顆粒係奈米級的。該奈米碳管複合薄膜用於鋰離子電池負極可有效增加鋰離子的嵌入量；奈米級的錫氧化物顆粒在存儲和釋放鋰過程中，體積變化小，不容易進一步細化，可以明顯改善存儲容量的衰減和電極的循環性能；奈米級的錫氧化物顆粒具有比表面積大的特點，用於鋰離子電池負極時具有高速充放電的優異特性。

以下將結合附圖對本技術方案實施例作進一步的詳細說明。

請參閱圖1及圖2，本技術方案實施例提供了一種鋰離子電池負極10，該鋰離子電池負極10包括一奈米碳管複合薄膜14。該奈米碳管複合薄膜14包括一奈米碳管薄膜結構16和多個奈米級錫氧化物顆粒18。其中奈米級錫氧化物顆粒18在奈米碳管薄膜結構16中。

進一步地，所述奈米碳管薄膜結構16包括至少兩層重疊且交叉設置的奈米碳管薄膜，奈米碳管薄膜之間通過凡德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管薄膜包括多個首位相連且擇優取向排列的奈米碳管束，相鄰的奈米碳管束之間通過凡德瓦爾力連接。奈米碳管薄膜的寬度可為1厘米~10厘米，奈米碳管薄膜的厚度為0.01微米~100微米。奈米碳管薄膜結構16具有多個微孔，該微孔孔徑分佈均勻，微孔孔徑大小一般小於100奈米。該奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管薄膜的層數不限，且相鄰兩層奈米碳管薄膜之間交叉的角度不限，具體可依據實際需求製備。請參閱圖2，本技術方案實施例優選提供了一奈米碳管薄膜結構16，包括重疊且交叉設置的200層奈米碳管薄膜，奈米碳管薄膜之間交叉的角度為90度。其中，該奈米碳管薄膜結構16所具有的微孔孔徑大小為60奈米，該奈米碳管薄膜結構16中奈米碳管薄膜的寬度為5厘米，奈米碳管薄膜的厚度為50微米。

進一步地，所述奈米級錫氧化物顆粒18附著在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管腔內。奈米級錫氧化物顆粒18的粒徑大小為3奈米~10奈米。奈米級錫氧化物顆粒18與奈米碳管薄膜結構16之間通過凡德瓦爾力相結合。本技術方案實施例優選的奈米級錫氧化物顆粒18的粒徑大小為6奈米。

另外，該鋰離子電池負極10進一步還可以包括一集電體12。所述的奈米碳管複合薄膜14設置於該集電體12上。該集電體12可為一金屬基板，本實施例優選的集電體12為銅箔。

奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管薄膜具有良好的導電性能，且奈米碳管薄膜相互交叉地重疊設置，故奈米碳管複合薄膜14本身已經具有一定的自支撐性及穩定性。實際應用時，可直接將該奈米碳管複合薄膜14用作鋰離子電池負極10。另外，該奈米碳管複合薄膜14具有極大的比表面積，且該奈米碳管複合薄膜14中的微孔結構有助於吸附大量的鋰離子，可改善電池存儲容量衰減的明顯性，具有良好的高速充放電特性。

進一步地，奈米級錫氧化物顆粒18附著在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管腔內，可以有效地發揮錫氧化物18的高放電容量和奈米碳管的低放電電位的優勢，同時由於奈米碳管的限定作用，也緩解了奈米碳管空腔內錫氧化物18在反復鋰嵌/脫過程中的結構應變，有利於改善其循環性能。

請參閱圖3，本技術方案實施例鋰離子電池負極10的製備方法主要包括以下幾個步驟：

步驟一：提供一奈米碳管陣列，優選地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。

本實施例中，超順排奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本實施例優選為採用4英寸的矽基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700℃~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500℃~740℃，然後通入碳源氣體反應約5分鐘~30分鐘，生長得到超順排奈米碳管陣列，其高度為200微米~400微米。該超順排奈米碳管陣列為多個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條件，該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡德瓦爾力接觸形成陣列。

本實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學性質較活潑的碳氫化合物，本實施例優選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本實施例優選的保護氣體為氬氣。

可以理解，本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。本實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列及多壁奈米碳管陣列中的一種。

步驟二：採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜結構16。

該奈米碳管薄膜結構16包括至少兩層重疊且交叉設置的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜的製備具體包括以下步驟：(a)從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的多個奈米碳管片斷，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的多個奈米碳管束；(b)以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸多個該奈米碳管束，以形成一連續的奈米碳管薄膜。

在上述拉伸過程中，該多個奈米碳管束在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦爾力作用，該選定的多個奈米碳管束分別與其他奈米碳管束首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的奈米碳管束，相鄰的奈米碳管束之間通過凡德瓦爾力連接。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。

另外，所述步驟二中製備的奈米碳管薄膜結構16還可進一步使用有機溶劑處理。

具體的，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜結構16表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構16。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中優選採用乙醇。該奈米碳管薄膜結構16經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，奈米碳管薄膜結構16中的平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束，因此，該奈米碳管薄膜結構16表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性，應用有機溶劑處理後的奈米碳管薄膜結構16能方便地應用於宏觀領域。另外，該處理後的奈米碳管薄膜結構16中奈米碳管聚集成束，使得該奈米碳管薄膜結構16中平行的奈米碳管束之間基本相互間隔，且奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管束交叉排列形成微孔結構。

本技術領域技術人員應明白，本實施例使用有機溶劑處理後的奈米碳管薄膜結構16中的微孔結構與奈米碳管薄膜的層數有關，當層數越多時，所形成的微孔結構的孔徑越小。

本實施例中，該奈米碳管薄膜結構16的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜結構16的長度不限，可根據實際需求制得。本實施例中採用4英寸的基底生長超順排奈米碳管陣列。另外，本實施例還可利用將奈米碳管薄膜部分重疊且交叉設置形成具有任意寬度和長度的奈米碳管薄膜結構16，不受本實施例步驟二中從奈米碳管陣列直接拉出的奈米碳管薄膜的寬度限制。

步驟三：在奈米碳管薄膜結構16中複合奈米級的錫氧化物顆粒18，形成一奈米碳管複合薄膜14，從而得到本實施例的鋰離子電池負極10。

所述奈米級的錫氧化物顆粒18附著在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管腔內。

具體地，複合奈米級的錫氧化物顆粒18於奈米碳管薄膜結構16中製備該奈米碳管複合薄膜14的方法具體包括以下步驟：

(一)功能化奈米碳管薄膜結構16。將奈米碳管薄膜結構16放入一裝有無機酸的容器中，在90℃~140℃下保持4小時~6小時。利用無機酸的腐蝕功能，使得奈米碳管薄膜結構16中的奈米碳管管端呈開口狀態，並使奈米碳管外表面與管腔內表面得到部分改性。

本實施例優選將奈米碳管薄膜結構16放入一裝有硝酸的高壓釜中，在120℃下保持5個小時，得到一功能化的奈米碳管薄膜結構16。

(二)以聚合物包覆功能化的奈米碳管薄膜結構16。將功能化後的奈米碳管薄膜結構16浸入到一聚合物溶液中5小時~7小時，使聚合物包覆在奈米碳管薄膜結構16上。將處理後的奈米碳管薄膜結構16用去離子水反復沖洗，除去不穩定包覆的聚合物。

本實施例優選在溶有聚乙烯吡咯烷酮的乙醇/丙酮混合溶液中浸泡6個小時，得到一聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構16。

(三)附著錫離子於被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構16上。將被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構16放入一裝有含錫溶液的容器中，在90℃~110℃下保持2小時~4小時，使得錫離子附著到聚合物上。將被錫離子附著的奈米碳管薄膜結構16自然冷卻後，從所述裝有含錫溶液的容器中取出並用有機溶劑除去多餘的錫鹽。所述含錫溶液可以通過將含有錫的無機鹽或者有機錫作為原料，溶解在水、醇或酮等有機溶劑中所得到。其中含錫溶液的錫濃度為3摩爾/升~10摩爾/升。

本實施例優選將被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構16放入一裝有SnCl₂．2H₂O溶液的高壓釜中，在100℃下保持3個小時。將被錫離子附著的奈米碳管薄膜結構16自然冷卻，從裝有SnCl₂．2H₂O溶液的高壓釜中取出並用丙酮除去多餘的錫鹽，得到一附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構16。

(四)將附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構16浸入水中進行水解，從而形成附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構16。錫離子在室溫下就可水解生成錫氧化物18。進一步地，還可以包括將附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構16放置在加熱的環境中水解，以促進錫氧化物18的快速生成；或者在附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構16中加入濃堿，也可以促進錫氧化物18的快速生成。

本實施例優選將附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構16浸入50℃的水中進行水解，並加入一定量的濃NH₃．H₂O，得到一附著有奈米級錫氧化物顆粒18的奈米碳管薄膜結構16。

(五)將附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構16進行加熱，使包覆在奈米碳管薄膜結構16上的聚合物分解，得到一奈米碳管複合薄膜14。水解後的奈米碳管薄膜結構16中，奈米級的錫氧化物顆粒18直接附著在奈米碳管薄膜結構16中。在保護氣體的環境下，將附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構16升溫至300℃~400℃後並保持20分鐘~40分鐘，使包覆在奈米碳管薄膜結構16上的聚合物分解。這樣就可得到奈米碳管複合薄膜14。所述保護氣體為氮氣或惰性氣體。

本實施例優選在氬氣的環境下，將水解後的奈米碳管薄膜結構16升溫至350℃後並保持30分鐘，得到一附著有奈米級的錫氧化物顆粒18的奈米碳管複合薄膜14。該奈米碳管複合薄膜14可直接用作鋰離子電池負極10。

所述鋰離子電池負極10的製備方法進一步還可以包括將該奈米碳管複合薄膜14粘附於一集電體12上。所述集電體12為金屬基板，本實施例優選的集電體12為銅箔。

可以理解，本實施例也可將奈米碳管薄膜結構16粘附於一集電體12上，再將上述形成有奈米碳管薄膜結構16的集電體12整個浸入盛有有機溶劑的容器中浸潤，接著在奈米碳管薄膜結構16中複合奈米級錫氧化物顆粒18形成鋰離子電池負極10。

由於本實施例步驟一中提供的超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管非常純淨，且由於奈米碳管本身的比表面積非常大，故該奈米碳管薄膜結構16本身具有較強的粘性。故本實施例可不需要粘結劑直接將奈米碳管複合薄膜14或者奈米碳管薄膜結構16直接粘附於集電體表面12上。

可以理解，本實施例中該奈米碳管複合薄膜14可根據實際需要使用鐳射在空氣中切割成任意形狀或尺寸，以利於組裝成微型的鋰離子電池，擴大其應用範圍。進一步地，還可將上述具有任意形狀或尺寸的奈米碳管複合薄膜14直接粘附於一集電體表面12上，得到一鋰離子電池負極10。

採用上述製備方法製備的鋰離子電池負極10在應用時可直接組裝成鋰離子電池。將鋰離子電池負極10裁剪為直徑10奈米~15奈米厚度0.05奈米~0.2奈米的圓片，採用鋰金屬、LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn₂O₄等作為正極材料。採用碳酸乙烯酯和碳酸二乙酯的混合溶劑、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的混合溶劑、碳酸乙烯酯和二乙基碳酸酯的混合溶劑、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯以及碳酸甲乙酯的混合溶劑等作為電解液。採用高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等鋰鹽作為電解質。採用聚丙烯多空膜作為隔膜。鋰離子電池裝配在嚴格控制水份的手套箱中操作。電池循環測試電壓在0.1伏到0.3伏之間。

由所述鋰離子電池負極10組裝的鋰離子電池在1庫電流下首次放電容量在600mAh/g以上，首次充放電效率大於65%，30次以上循環後，容量與第二次可逆容量相差少於3%。高速充放電性能好，5庫時的比容量為0.1庫時的比容量的80%以上。

本實施例中，優選地，為方便測量，採用將200層奈米碳管複合薄膜14彼此垂直地交叉重疊設置作為鋰離子電池負極10。該200層奈米碳管複合薄膜14為50微克(其中錫氧化物的含量為23微克，奈米碳管的含量為27微克)。採用扣式電池(2032)作測試電池。將鋰離子電池負極10裁剪為直徑13奈米厚度0.1奈米的圓片，正極材料選為鋰金屬，電解液選為溶於碳酸乙烯酯(Ethylene Carbonate，EC)和二乙基碳酸酯(Diethyl Carbonate，DEC)(體積比為1：1)的混合溶劑，電解質選為濃度為1摩爾/升的六氟磷酸鋰(LiPF₆)，隔膜選為聚丙烯多空膜。電池裝配在嚴格控制水份的手套箱中操作。電池循環測試電壓為0.2伏。請參閱下表，該鋰離子電池負極10組裝成電池後進行充放電測試表明：本實施例鋰離子電池負極10具有充放電效率和比容量高，且循環充放電性能良好的優點。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧鋰離子電池負極

12‧‧‧集電體

14‧‧‧奈米碳管複合薄膜

16‧‧‧奈米碳管薄膜結構

18‧‧‧奈米級錫氧化物顆粒

圖1為本技術方案實施例鋰離子電池負極的結構示意圖。

圖2為本技術方案實施例奈米碳管複合薄膜的結構示意圖。

圖3為本技術方案實施例鋰離子電池負極的製備方法的流程圖。

圖4為本技術方案實施例奈米碳管複合薄膜的掃描電鏡照片。

圖5為本技術方案實施例奈米碳管複合薄膜的透射電鏡照片。

10‧‧‧鋰離子電池負極

12‧‧‧集電體

14‧‧‧奈米碳管複合薄膜

Claims

一種鋰離子電池負極，包括一奈米碳管複合薄膜，其改良在於，所述奈米碳管複合薄膜包括一奈米碳管薄膜結構和多個奈米級錫氧化物顆粒附著在該奈米碳管結構中，所述奈米碳管薄膜結構為由複數奈米碳管組成的自支撐結構。
如申請專利範圍第1項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米碳管薄膜結構包括至少兩層重疊且交叉設置的奈米碳管薄膜。
如申請專利範圍第2項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且擇優取向排列的奈米碳管束，相鄰的奈米碳管束之間通過凡德瓦爾力連接。
如申請專利範圍第2項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米碳管薄膜的寬度為1厘米~10厘米，所述奈米碳管薄膜的厚度為0.01微米~100微米。
如申請專利範圍第1項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米碳管薄膜結構包括多個微孔，且該微孔孔徑分佈均勻。
如申請專利範圍第5項所述的鋰離子電池負極，其中，所述微孔孔徑小於100奈米。
如申請專利範圍第1項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米級錫氧化物顆粒附著在奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管管壁上或者填充在奈米碳管薄膜結構中的奈米碳管管腔內。
如申請專利範圍第1項所述的鋰離子電池負極，其中，所述奈米級錫氧化物顆粒的粒徑大小為3奈米~10奈米。
如申請專利範圍第1項所述的鋰離子電池負極，其中，所述負極進一步包括一集電體，奈米碳管複合薄膜設置在該集電體上。
如申請專利範圍第9項所述的鋰離子電池負極，其中，所述集電體為金屬基板。
一種鋰離子電池負極的製備方法，其包括以下步驟：提供一奈米碳管陣列；採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜結構；及在奈米碳管薄膜結構中複合奈米級錫氧化物顆粒形成一奈米碳管複合薄膜，從而得到一鋰離子電池負極。
如申請專利範圍第11項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，上述從奈米碳管陣列拉取獲得奈米碳管薄膜結構的方法包括以下步驟：從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的多個奈米碳管片斷；以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該多個奈米碳管片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜；及將至少兩層奈米碳管薄膜重疊且交叉地放置形成一奈米碳管薄膜結構。
如申請專利範圍第11項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，進一步包括使用有機溶劑處理上述奈米碳管薄膜結構。
如申請專利範圍第13項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，該有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。
如申請專利範圍第13項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，上述使用有機溶劑處理奈米碳管薄膜結構的方法為通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜結構表面浸潤整個奈米碳管薄膜結構。
如申請專利範圍第11項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述在奈米碳管薄膜中複合奈米級錫氧化物顆粒的過程包括以下步驟：功能化奈米碳管薄膜結構；以聚合物包覆功能化的奈米碳管薄膜結構；附著錫離子於被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構上；水解附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構，得到一附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構；及加熱附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構，得到一奈米碳管複合薄膜。
如申請專利範圍第16項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述功能化奈米碳管薄膜結構的方法包括採用無機酸處理奈米碳管薄膜。
如申請專利範圍第16項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述附著錫離子於被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構上的方法係將被聚合物包覆的奈米碳管薄膜結構放入一裝有含錫溶液的容器中，在90℃~110℃下保持2小時~4小時，將附著有錫離子的奈米碳管薄膜結構自然冷卻後，從裝有含錫溶液的容器中取出用有機溶劑除去多餘的錫鹽。
如申請專利範圍第18項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述含錫溶液為以含有錫的無機鹽或者有機錫作為原料，溶解在水、醇或酮中得到的。
如申請專利範圍第18項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述含錫溶液的錫濃度為3摩爾/升~10摩爾/升。
如申請專利範圍第16項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述加熱附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構的方法係在保護氣體的環境下，將附著有錫氧化物的奈米碳管薄膜結構升溫至300℃~400℃後並保持20分鐘~40分鐘，得到一附著有奈米級的錫氧化物顆粒的奈米碳管複合薄膜。
如申請專利範圍第21項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，所述的保護氣體為氮氣或者惰性氣體。
如申請專利範圍第11項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，進一步包括將奈米碳管複合薄膜切割成預定形狀和尺寸，形成一鋰離子電池負極。
如申請專利範圍第11項所述的鋰離子電池負極的製備方法，其中，進一步包括將奈米碳管複合薄膜切割成預定形狀和尺寸，然後粘附固定於一集電體上形成一鋰離子電池負極。