[发明专利]一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜及其制备方法和应用，以Cu箔基片为基体，Al靶为靶材，在Cu箔基片上磁控溅射一层Al薄膜，磁控溅射时间为10s‑5min。本发明解决了充放电过程中Al负极体积膨胀收缩严重，达不到Li离子电池材料的负极使用要求，导致的Al金属粉化、性能失效的问题。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和导电剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高；相对锂电极的电极电位低；充放电反应可逆性好；与电解液和粘结剂的兼容性好；比表面积小(＜10m²/g)，振实密度高(＞2g/cm³)；嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好；资源丰富，价格低廉；在空气中稳定、无毒副作用。

金属铝是一种非常有吸引力的负极材料，根据Al-Li二元相图可知，Al和Li可以形成3种可能的金属间化合物AlLi、Al₂Li₃和Al₄Li₉。所以，Al电极的理论最大容锂值是平均每个Al原子吸收2.25个Li原子，也就是对应着富Li相Al₄Li₉，其理论比容量为2234mAh/g，远远高于商业化石墨的理论比容量372mAh/g。但以纯Al作负极时，由于Al负极的体积膨胀带来表面粉化问题，从而导致循环性能差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜及其制备方法和应用，解决了充放电过程中Al负极体积膨胀收缩严重，达不到Li离子电池材料的负极使用要求，导致的Al金属粉化、性能失效的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜的制备方法，以Cu箔基片为基体，Al靶为靶材，在Cu箔基片上磁控溅射一层Al薄膜，磁控溅射时间为10s-5min。

优选的，包括以下步骤：

1)对Cu箔基片进行超声清洗；

2)对清洗后的Cu箔基片进行烘干处理；

3)将烘干处理后的Cu箔基片置于磁控溅射设备的夹具中，在靶基座上装上Al靶，利用氩气调节溅射室的气压在10^-3～10^-2Pa范围内，在Cu箔基片上磁控溅射一层Al薄膜。

进一步的，步骤1)中，使用无水乙醇对Cu箔基片进行超声清洗至少10min。

进一步的，步骤2)中，对清洗后的Cu箔基片用高纯氩气吹干表面的溶液。

进一步的，步骤3)中，Al靶的纯度为99.99％；氩气纯度为99.99％。

进一步的，步骤3)中，在Cu箔基片上磁控溅射Al薄膜前，先进行至少15min的预溅射。

进一步的，步骤3)中，采用直流溅射方式在Cu箔基片上磁控溅射一层Al薄膜。

一种以Cu箔为基片的岛状Al薄膜，采用上述的制备方法得到，所述Al薄膜的膜层表面形貌为岛状。

优选的，Al薄膜的厚度为10～50nm。

所述的以Cu箔为基片的岛状Al薄膜作为负极在锂离子电池中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：