[发明专利]一种锡基合金柔性薄膜电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锡基合金柔性薄膜电极，同时还涉及一种锡基合金柔性薄膜电极的制备方法。

背景技术

现代社会对于能源的需求大大促进了储能技术的发展，锂离子电池目前已经占据了便携式电器的市场，同时，人们渴望找到能量更高、寿命更长、安全性更高的电池。其中，有些特殊领域除了以上要求外，对于电池电极的柔性也提出了更高的要求，于是对于锂离子电池的电极材料及其电极制备提出了更高的要求。

锡基材料作为锂离子负极材料，因其高的能量密度、低的放电平台和较好的导电性而得到广泛的关注。但是，由于锡在电池充放电过程中的体积变化高达400％以上，造成其极易从集流体上脱落和粉化，从而引起电池循环性能下降以及电池稳定性较差。为了解决上述问题，研究者采用了很多的材料与方法，如用活性/非活性、活性/低活性复合合金材料以及合金材料与柔性集流体相结合的技术，或者采用磁控溅射、电子蒸镀、电沉积等技术在铜箔或者铜基体上沉积薄膜锡基合金或者锡和其它材料的复合物。但是这些技术仍然存在很大不足，无法实现柔韧性、耐腐蚀性较好的柔性薄膜电极的制备，没能从根本上解决采用锡电极的电池循环性能及电池稳定性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种锡基合金柔性薄膜电极，解决现有采用锡材料电极的电池循环性能及电池稳定性差的问题。

本发明的第二个目的是提供一种锡基合金柔性薄膜电极的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锡基合金柔性薄膜电极，包括基体，所述基体为导电高分子薄膜，基体的一面或两面具有锡基合金层。

所述锡基合金柔性薄膜电极的厚度为25～200μm；所述导电高分子薄膜的厚度为15～50μm。

所述导电高分子薄膜是由本征态和/或掺杂的高分子聚合物材料制成的；所述高分子聚合物材料为聚乙炔(PA)、聚苯胺(PAN)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚乙烯咔唑、聚对苯乙烯(PS)、聚对苯硫醚(PTH)中的任意一种或者多种的混合物。

所述导电高分子薄膜是以本征态和/或掺杂的高分子聚合物材料粉体为原料，经高压压制成膜所得。

所述高压压制的压力为80～150MPa。

所述掺杂的高分子聚合物材料为对甲苯磺酸根掺杂的高分子聚合物材料或氯离子掺杂的高分子聚合物材料。

所述对甲苯磺酸根掺杂的高分子聚合物材料是由以下方法制备的：取聚合物单体，在电化学聚合条件下，掺杂大分子对甲苯磺酸根，以导电玻璃或钛板为阴阳极进行电聚合，即得导电高分子薄膜。

所述对甲苯磺酸根掺杂的高分子聚合物材料中，对甲苯磺酸根的摩尔百分含量为1％～10％。

所述氯离子掺杂的高分子聚合物材料是由以下方法制备的：取聚合物单体，加入三氯化铁为氧化剂，通过化学氧化法聚合得粉体聚合物，即为氯离子掺杂的高分子聚合物材料。

所述氯离子掺杂的高分子聚合物材料中，氯离子的摩尔百分含量为1％～10％。

所述锡基合金层是以基体为阴极进行电镀，在导电高分子薄膜表面电沉积锡基合金形成的。

所述锡基合金为铜锡合金。本发明的锡基合金柔性薄膜电极中，形成锡基合金层的锡基合金主要为Cu₆Sn₅，同时还存在其它合金成分，如Cu₃Sn、CuSn等。

所述电镀所用的电镀液中，电镀主盐为铜盐和锡盐；所述铜盐在电镀液中的浓度为0.06～0.6mol/L，所述锡盐在电镀液中的浓度为0.05～0.5mol/L。

所述铜盐为焦磷酸铜。所述锡盐为焦磷酸亚锡。

所述电镀液中还含有钾盐，所述钾盐在电镀液中的浓度为0.1～1.0mol/L。

所述钾盐为焦磷酸钾。

焦磷酸钾在镀液中主要作用为：焦磷酸根和铜、锡离子起到配位作用，形成金属配合物，在电沉积时使二者的沉积电位相近，使铜锡同时沉积形成合金的作用；钾离子在镀液中起到很好的传输电子的作用，使镀液中的电流密度分布更加均匀。

所述电镀液中还含有电镀添加剂，所述电镀添加剂为聚二硫二丙烷磺酸钠、硫脲、三乙醇胺、聚醚多元醇、聚乙二醇、聚丙二醇、明胶、葡萄糖、3-巯基-1-丙磺酸钠中的任意一种或多种；所述电镀添加剂在电镀液中的浓度为0.5～5g/L。