[发明专利]一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极

摘要

本发明公开了一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极，包括铜箔基体，所述铜箔基体上依次设置有石墨烯缓冲层、活性材料层；所述石墨烯缓冲层生长在铜箔基体上，并与铜箔基体共同构成集流层；所述活性材料层为硅基合金负极涂膜层，所述硅基合金负极涂膜层包括C、Si、GeP₅、GeS复合物成分，所述C、Si、GeP₅、GeS复合物成分质量比为1‑10：1‑10:1‑10:1‑10。本发明具有增加了集流层与活性物质间的接触面积，降低电子迁移势垒以及界面内阻；提高了活性材料与集流体间的相容性和粘结强度；物理化学以及电化学性质稳定，改善了铜箔在电化学条件下的稳定性及电池安全性的优点。

主权项

1.一种用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极，其特征在于，所述石墨烯改性铜箔包括铜箔基体，所述铜箔基体上依次设置有石墨烯缓冲层、活性材料层；所述石墨烯缓冲层生长在所述铜箔基体上，并与所述铜箔基体共同构成集流层；所述活性材料层为硅基合金负极涂膜层，所述硅基合金负极涂膜层包括C、Si、GeP5、GeS复合物成分，所述C、Si、GeP5、GeS复合物成分的质量比为1‑10：1‑10:1‑10:1‑10；包括以下步骤制备而成：a)铜箔预处理：将铜箔依次置于浓度为5wt％的FeCl3和浓度为5wt％的HCl稀溶液中浸泡10‑30min，以除去铜箔表面的氧化层，然后置于Ar/H2混合气氛下退火处理30‑60min，退火温度800‑1000℃；b)少层石墨烯薄膜生长：将铜箔放入石英管管式炉中，通入碳源气体，采用CVD法在铜箔表面首次生长连续的少层石墨烯薄膜，再通入H2对薄膜表面少层石墨烯进行刻蚀，H2通入时间为5‑10min，H2流量为10‑20mL/s，得到不同覆盖率的单层石墨烯薄膜；刻蚀完成后，再次通入碳源进行二次生长，利用单层石墨烯外延生长获得大面积单层石墨烯薄膜，形成石墨烯缓冲层；c)石墨烯缓冲层的改性：利用重氮盐的电化学还原在石墨烯上发生自由基反应负载芳基官能团；利用石墨烯与四腈基环氧乙烷的环化加成反应在石墨烯薄膜上引入多腈基；采用石墨烯与多聚甲醛和N‑(2‑巯基丙酰)甘氨酸的缩合物通过环加成反应得到含巯基的石墨烯复合物；d)活性材料层的制备：将石墨、Si、GeP5、GeS按比例分散在去离子水中，加入表面活性剂，经超声、搅拌分散均匀，得到硅基碳复合物负极材料混合浆料，再将混合浆料均匀涂覆在经改性后的石墨烯缓冲层上，真空干燥后进行冷压处理，在表面活性剂和石墨烯缓冲层表面官能团的双重作用下，制备得到用于硅基负极动力电池的石墨烯改性铜箔电极。