[发明专利]一种锂/硅/铜网锂硫电池复合负极的制备和应用

权利要求书

1.一种锂/硅/铜网锂硫电池复合负极，其特征在于复合负极以多孔铜网为骨架，硅与金属锂分别依次包覆或者是沉积于铜网上，并留有一定的孔腔。其中，硅膜厚度为5-20nm；金属锂质量占总质量的20-80wt.％，优选30-50wt.％；负极中孔腔尺寸范围为5-100nm。

2.根据权利要求1所述的铜网，其特征在于：所述铜网为300-1000目，优选500-800目；铜网骨架直径为40-50nm；所述多孔铜网的孔径尺寸为5-100nm。

3.根据权利要求1所述的硅薄膜，其特征在于：所述硅薄膜由SiO₂还原或者是硅烷分解制备。

4.根据权利要求1所述的金属锂，其特征在于：金属锂在熔融状态下，包覆到硅/铜网结构上，所包覆的金属锂可位于硅膜的表面，也可渗入硅膜的内部。

5.根据权利要求1-4所述的锂/硅/铜网锂硫电池复合负极，其特征在于：载硅、锂后，铜网仍具有孔腔结构。

6.根据权利要求1-4所述的锂/硅/铜网锂硫电池复合负极，其特征在于：所述多孔铜网的制备方法为电沉积法，具体制备方法如下：

(1)铜网准备：

将铜网先用丙酮、石油醚中的一种或者是两种以上进行清洁处理，之后在无水乙醇中超声，时间可以为0.5-2h，反复清洗数次，干燥备用

(2)含Cu盐溶液准备：

沉积所用含Cu盐溶液可以为CuCl₂、CuSO₄、CuNO₃中的一种，所选用的盐溶液浓度可以为0.1-3M，优选0.5-2M；

(3)在电流范围1A-5A，电压范围2-5V条件下，以铜网为工作电极，石墨为对电极，Ag/AgCl为参比电极的三电极体系中进行电沉积，沉积所用时间0.2-5min。

7.一种权利要求1、3中所述硅薄膜的制备方法，其特征在于：根据Si来源的不同共分为两类：硅烷分解制备或SiO2还原制备；

硅烷制备方案如下，

(1)多孔铜网准备：

铜网按所需尺寸裁剪好，先用丙酮、石油醚中的一种或二种以上进行清洁处理，后在无水乙醇中超声1h，反复清洗数次；沉积所用含Cu盐溶液可以为CuCl₂、CuSO₄、CuNO₃中的一种，所选用的盐溶液浓度可以为0.1-3M，优选0.5-2M；在电流范围1A-5A，电压范围2-5V条件下，以铜网为工作电极，石墨为对电极，Ag/AgCl为参比电极的三电极体系中进行沉积，沉积所用时间0.2-5min。

(2)硅薄膜包覆：将清洁好的铜网放置在管式炉中，利用同轴针头，内管为硅烷，外管为氢气作为还原气，气流速度50-200ml/min，300-500℃加热，反应4-8h，待自然冷却后得到硅膜包覆的铜网；

(3)制备锂/硅/铜网锂硫电池复合负极：

取硅膜包覆好的铜网，在无水无氧环境中(如：手套箱)中，浸润在200-400℃熔融的金属锂中，静置20-60分钟，取出自然冷却至室温，得到锂/硅/铜网复合负极；

SiO2制备方案如下：

(1)多孔铜网准备：参照硅烷法；

(2)硅膜沉积：

a.前驱体粉碎，后在马弗炉中经500-800℃煅烧成粉末；

b.煅烧后的粉末与酸碱溶液混合溶煮成A；

c.将A过滤、洗涤，在冷冻条件(零下5-20℃)下有粗品SiO₂析出；

d.将粗品SiO₂再次过滤、洗涤，在80-120℃干燥，得到精品SiO₂；

e.将一定量的精品SiO₂与镁粉混合均匀(质量比为1:2～1:5)，惰性气氛(N₂/Ar)下煅烧2-6h；

f.煅烧后的铜网经过酸碱溶液洗涤，除去未反应的镁粉、SiO₂与氧化镁，得到硅沉积的铜网结构—硅/铜网。

(3)金属锂包覆：将硅/铜网浸润在200-400℃熔融的金属锂中，静置20-60分钟，取出自然冷却至室温，得到锂/硅/铜网复合负极。