本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极用铜集流体及其制备方法和应用。本发明专利技术在铜箔表面依次修饰石墨烯层和金属纳米颗粒层，具体通过铜箔预处理、退火处理、石墨烯层的形成、真空蒸镀金属膜、淬火处理步骤得到。本发明专利技术锂离子电池负极用铜集流体，具有良好的导电性，能够缓解电解液的侵蚀，与活性物质涂层结合力强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及。
技术介绍
锂离子电池被认为是最绿色环保的清洁能源之一，现在已经被广泛的应用在便携式电子产品上，同时被认为是很有应用前景的混合电动车和纯电动车的动力源。锂离子电池主要由活性物质、电池壳、集流体、隔膜、电解液等部件组成。其中，集流体是锂离子电池的重要组成部分之一，表面承载着活性物并与电解液接触，同时将正负极活性物质产生的电子通过它汇集到外电路形成电流。铜具有足够的机械强度，良好的导电性，不易与锂发生合金化等优点，常用于锂离子电池负极的集流体。现在商业化的锂离子电池负极Cu集流体主要采用电解Cu箔，分为双面光、双面毛、单面毛、双面粗化及高延伸率等几种类型。但是，Cu集流体表面容易生成氧化膜，氧化膜属于半导体，会影响集流体的导电性；Cu集流体在电池充放电过程中容易与电解液的溶剂和杂质发生反应溶解，使Cu不稳定，同时，Cu表面的氧化物容易和锂离子发生脱嵌反应，产生的体积膨胀收缩，使Cu表面的活性物质涂层脱落；另外，以硅为代表的高容量负极材料在充放电循环中体积发生巨大变化，造成电极材料与Cu集流体的分离。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池负极用铜集流体，具有良好的导电性，能够缓解电解液的侵蚀，与活性物质涂层结合力强。本专利技术的第二个目的还在于提供一种锂离子电池负极用铜集流体的制备方法。本专利技术的第三个目的还在于提供一种铜集流体在锂离子电池中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种锂离子电池负极用铜集流体，在铜集流体表面依次修饰石墨烯层和金属纳米颗粒层。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体，所述金属为Cu、Au、Ag中的一种或者几种的合金。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体，所述石墨稀层厚度为0.5?2 nm。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体，所述金属纳米颗粒的平均粒径为10?100 nm。一种上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，包括如下步骤: (1)抛光或者酸洗Cu箔，40?60°(:真空干燥30?60 min，得到干燥Cu箔； (2)将步骤(I)干燥Cu箔，置于CVD管式炉中，还原气氛下，950?1060°C煅烧20?70 min ；(3)将步骤(2)煅烧后的Cu箔放入无氧反应器中，加热到950?1060°C，向反应器中充入碳源，恒温5?60 min，在还原性气氛下冷却到室温，得到石墨层稀修饰的Cu箔，石墨稀层厚度为0.5?2 nm ； (4)在石墨稀层表面真空蒸镀金属膜，厚度为4?20nm ； (5)在还原气氛下，250?350°C淬火处理步骤(4)金属膜20?50 min，使石墨稀层表面形成金属纳米颗粒层，得到产品铜集流体。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，步骤(I)所述的酸洗方法为:酸溶液超声处理5?15 min，所述酸溶液为醋酸或者草酸溶液，浓度为0.5?2 mol.L 1O根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，步骤(2)或者步骤(5)中所述的还原气氛为H2或者Ar和H 2的混合气，步骤(3)所述的还原性气氛为H 2。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，步骤(3)中所述的碳源为气体碳源、液体碳源或者固体碳源。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，所述的气体碳源为甲烷、乙炔或者乙烯。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，所述的液体碳源为乙醇或者苯。根据上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，所述的固体碳源为萘或者聚苯乙烯。一种上述制备的铜集流体在锂离子电池中的应用。本专利技术的积极有益效果: 1.本专利技术以化学气相沉积法(CVD法)在Cu衬底上生长具有高导电性的石墨烯层，然后在石墨烯层上蒸镀导电性良好的金属膜，淬火处理之后金属膜由于表面张力的存在破裂收缩，形成金属纳米颗粒层，石墨烯和导电性好的金属纳米颗粒以及Cu衬底可以形成良好的导电网络。采用CVD法生长的石墨烯层可以很好的覆盖满Cu衬底的表面，这样可以缓解电解液对Cu集流体的侵蚀，而且石墨烯是一种碳原子按照SP2杂化排布，并相互连接成蜂窝状的网络结构，它具有尚透过率、尚导电性、尚机械强度和大比表面积等优异性能，可以提尚Cu集流体的导电性能；金属纳米颗粒可以增加Cu集流体的比表面积和粗糙程度，这样可以增强活性物质和集流体的接触面积和粘合力，进而可以提高锂离子电池的可逆比容量和循环性能。 2.石墨烯在生长过程中通入还原性气体，使Cu衬底的表面氧化物被还原为Cu单质，进而降低Cu衬底的电阻，将这种结构的Cu箔作为锂离子电池负极用集流体可以降低活性物和集流体界面的电荷转移阻抗，从而有利于锂离子电池电化学性能的发挥。3.本专利技术锂离子电池负极用铜集流体制备方法简单，显著提高了锂离子电池的电化学性能，可广泛应用于锂离子电池。【附图说明】图1为本专利技术锂离子电池负极用铜集流体的结构示意图； 图2为实施例1锂离子电池在2 A.g 1电流下的首次充放电曲线图； 图3为实施例1锂离子电池在2 A.g 1电流下的循环性能图； 图4为实施例1锂离子电池在4 A.g 1和6 A.g 1电流下的循环性能图； 图5为实施例1锂离子电池负极极片的截面SEM图； 图6为对照锂离子电池负极极片的截面SEM图； 图7为实施例2铜集流体的SEM图； 图8为实施例2铜集流体在超声处理15 min后的SEM图； 图9为实施例2锂离子电池在I C电流下循环200次后负极极片的截面SEM图； 图10为对照锂离子电池在I C电流下循环200次后负极极片的截面SEM图； 图11为实施例3制备的锂离子电池在0.5 A.g 1电流下的循环性能图。【具体实施方式】下面结合一些【具体实施方式】，对本专利技术进一步说明。实施例1 参见图1?6，一种锂离子电池负极用铜集流体，在铜箔表面依次修饰石墨烯层和Au纳米颗粒层，石墨稀层厚度为I nm，Au纳米颗粒的平均粒径为27 nm。上述的锂离子电池负极用铜集流体的制备方法，包括如下步骤: (1)采用Imol.L 1的醋酸溶液超声处理铜箔10 min，接着用水和乙醇淋洗，真空50°C干燥30 min，得到干燥的Cu箔； (2)将步骤(I)干燥的Cu箔置于CVD管式炉中在&气流下于1045°C煅烧60 min, H2流量为10 sccm ； (3)采用CH4为碳源，在1045°C通入CH 4和H 2，014流量为I sccm，H 2 流量为2 sccm，恒温15 111；[11，在H2气氛下冷却到室温，H2流量为10 sccm，得到石墨稀层修饰的Cu箔，石墨稀层厚度为I nm ； (4)在石墨稀层表面真空蒸镀Au膜，Au膜厚度为8nm ； (5)Au膜在!12和Ar气体保护下300 "€淬火处理30 min,使石墨稀层表面形成Au纳米颗粒层，H2流量为600 sccm, Ar流量600 sccm,得到产品Cu集流体。采用扣式半电池检测本专利技术Cu集流体对电池性能的影响，锂离子电池采用实施例I制备的Cu箔为集流体，钛酸锂锌(Li2ZnTi3O8, LZTO)为活性物质，锂离子电池标注为Cu-G-Au-LZTOo作为对照锂离子电池以未用石墨稀和Au纳米颗粒修饰的Cu箔为集流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池负极用铜集流体，其特征在于，在铜箔表面依次修饰石墨烯层和金属纳米颗粒层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王利娟，李新喜，马勤阁，孟召辉，陈宝宽，李艳，
申请(专利权)人：南阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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