[发明专利]锂离子电池C@Cu@Si复合多孔负极材料的制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池C@Cu@Si复合多孔负极材料的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）将硅粉和铜粉按比例混合后采用高能球磨法进行研磨复合，得到铜硅复合粉末；

（2）将沥青粉、去离子水、四氢呋喃按比例在室温下混合，经磁力搅拌得到均匀的混合溶液；

（3）建立冷喷涂系统，以预先清洗好的铜箔为基板，送粉器外部配置压力平衡装置，实现重力送粉，送出的粉末通过高温高压气流带动，通入拉瓦尔喷管，雾化器的输出端连接于拉瓦尔喷管扩张段；

（4）采用双送粉方式，将步骤（1）得到的铜硅复合粉末通入送粉器，将步骤（2）得到的混合溶液通过注射泵充入雾化器，喷涂过程中，受重力送出的铜硅复合粉末经高温高压气流携带进入拉瓦尔喷管，穿过拉瓦尔喷管的喉部到达喷管扩张段，与所述雾化器雾化后的液滴相撞并被其包裹，一同高速撞击至基板表面实现沉积，得到复合涂层；

（5）将步骤（4）得到的复合涂层干燥处理后进行碳化，得到锂离子电池C@Cu@Si复合多孔负极材料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中铜粉和硅粉的体积比为1:（1-2）；硅粉平均粒径为500nm-50μm，铜粉平均粒径为500nm-30μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中球磨机转速范围为200-600rpm，球料比为10:1，球磨时间为4h-24h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中沥青粉、去离子水、四氢呋喃的体积比为1:（0.5-2）:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中雾化器喷孔直径为0.1-0.5mm，雾化器输出端与拉瓦尔喷管的连接处直径为0.1-20mm，送粉器孔口直径为0.1-0.5mm，送粉管直径为0.1-20mm，所述步骤（3）中拉瓦尔喷管、送粉器及送粉管、雾化器及其输出端，材质均为不锈钢，保证整个冷喷涂过程中的密闭性；所述步骤（3）中雾化器输出端与拉瓦尔喷管的连接处位于整个拉瓦尔喷管扩张段长度的1/3-2/3。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中雾化器流量为0.01-0.3L/min，雾化压力为1-10MPa，送粉器流量为10-150g/min，高温高压气流采用氮气，高温高压气流压力为1-10MPa，喷涂温度为100-1000℃，步进电机脉冲频率为100-3000Hz，拉瓦尔喷管与基板的距离为1-50mm，喷涂路径为“弓”字形，喷涂扫描速度为0.1-1m/s，喷涂道次范围为1-5次，喷涂过程中所用的加速气体为氮气。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中通过调节注射泵压力控制雾化器的雾化量，通过调节步进电机脉冲频率控制送粉器的送粉量，由送粉器送出的铜硅复合粉末与由雾化器雾化出的液滴在拉瓦尔喷管扩张段发生撞击并混合后，经冷喷涂系统的主气流加速，喷涂方向朝下垂直于水平放置的铜箔基板，沉积厚度为0.1-1mm，制备出复合涂层。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中将所述复合涂层70-150℃下干燥1-12h，之后移入氮气气氛下以5℃/min的加热速率加热至500-1500℃，碳化1-24h，获得锂离子电池C@Cu@Si复合多孔负极材料。

9.根据权利要求1-8任一所述的制备方法制得的锂离子电池碳铜硅复合多孔负极材料的应用，其特征在于：以金属锂片作为对电极，以单层聚丙烯为隔膜（Celgard2300），以1mol/L的六氟磷酸锂溶液与碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）1:1（体积比）溶剂的混合溶液为电解液，以所述C@Cu@Si复合多孔负极材料为负极，组装半电池。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述半电池的安装在氩气手套箱内进行，所述半电池的组装部件及顺序依次为正极壳-垫片-正极材料-电解液-隔膜-电解液-负极材料-垫片-弹片-负极壳。