[发明专利]三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法

说明书

一种三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，包括如下步骤：1)配制铸膜液：将铜粉，石墨，聚丙烯腈加入到N‑甲基吡咯烷酮中研磨至混合均匀，得到铸膜液；2)刮膜：将配制好的铸膜液倒在玻璃板上进行刮膜，调整玻璃棒与玻璃板之间的缝隙来调整膜的厚度，将带有膜的玻璃板放入水中一段时间后取下膜晾干。3)烧结：将步骤2)制备的膜进行烧结，烧结气氛采用氩气和氢气混合气体，得到三维连续多孔铜/石墨膜。本发明所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，制备的多孔铜/石墨膜具有孔隙率高，质量轻，韧性好，导电性好的特点，即具有多孔金属的特性且可适用于锂电池电极材料。

技术领域

本发明涉及电极材料制备的技术领域，尤其是涉及一种三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有较大能量密度、高工作电压、高工作温度区间、循环寿命长、无记忆效应，重量轻等优点，广泛用于便携式电器、电动车行业、军事装备及航天产业等。其中石墨类碳负极发展较成熟。目前，常规电极制备方法采用将石墨材料涂覆在铜箔集流体的表面上，具有较大能量势垒，对电子传输具有一定阻碍作用，且石墨活性材料仅涂覆在铜箔导致表面负载量低。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，直接将铜与石墨一次成膜，增加石墨活性材料的附着面积及负载量，制备工艺简单。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，包括如下步骤：

1)配制铸膜液：将铜粉，石墨，聚丙烯腈加入到N-甲基吡咯烷酮中研磨至混合均匀，得到铸膜液，其中铜粉的质量占铸膜液总质量的56.67-72.38％，石墨的质量占铸膜液总质量的3.33-11.42％，聚丙烯腈的质量占铸膜液总质量的3.34-3.81％，N-甲基吡咯烷酮的质量占铸膜液总质量的20-30％；

2)刮膜：将配制好的铸膜液倒在玻璃板上进行刮膜，调整玻璃棒与玻璃板之间的缝隙来调整膜的厚度，将带有膜的玻璃板放入水中一段时间后取下膜晾干；

3)烧结：将步骤2)制备的膜进行烧结，烧结气氛采用氩气和氢气混合气体，升温速率控制在1-4℃/min，烧结温度控制在700-1000℃，保温时间0-120min，随后自然降温冷却，得到三维连续多孔铜/石墨膜。

进一步的，所述铜粉的粒径为10μm；所述石墨的粒径为10μm。

进一步的，所述聚丙烯腈作为粘结剂；所述N-甲基吡咯烷酮作为溶剂。

根据上述制备方法制得的三维连续多孔铜/石墨膜作为电极材料。

相对于现有技术，本发明所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法具有以下优势：

本发明所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，将铜粉和石墨活性材料一次成膜可增加石墨活性材料的附着面积和电极的体积比密度，进而在电池充放电过程中使锂离子的沉积更均匀从而获得更长寿命和较好性能的电极材料；平板膜中形成的连续贯通三维导电网络结构，可以缓解锂离子在充放电过程中的体积变化导致的电极材料结构破坏以及提高材料的导电性能；制备的多孔铜/石墨膜具有孔隙率高，质量轻，韧性好，导电性好的特点，即具有多孔金属的特性且可适用于锂电池电极材料。

附图说明

图1为根据实施例2所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，烧结得到的三维连续多孔铜/石墨膜的低倍SEM电镜图；

图2为根据实施例2所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，烧结得到的三维连续多孔铜/石墨膜的高倍SEM电镜图；

图3为根据实施例1所述的三维连续多孔铜/石墨电极的制备方法，烧结后得到的三维连续多孔铜/石墨膜的XRD图；