鋰離子電池負極集流體材料及制備方法
【專利摘要】一種鋰離子電池負極集流體材料，包括金屬銅箔，金屬銅箔表面覆有碳化硅層，碳化硅層厚度是0.003-0.009mm。采用物理氣相沉積方法中的射頻磁控濺射工藝制備材料，其工藝條件為：以碳化硅為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，射頻電源頻率為30-50MHz，加速電壓為300-500V，磁場為50-200G，氣壓為1-5mTorr，電流密度為30-50mA/cm，功率密度為20-40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50-100mm，基材的速度為20-30m/min。
【專利說明】鋰離子電池負極集流體材料及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種負極集流體材料及制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池負極集流體材料及制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，在鋰離子電池負極集流體材料主要使用銅箔，銅箔具有良好的導電性能，但在電池實際工作過程中，銅箔作為負極集流體存在缺陷:1)金屬銅箔表面易被氧化，影響其導電性，影響負極漿料與銅箔的粘結性能；2)電池在使用過程中，金屬銅箔表面很容易生長單質鋰晶枝，這使電池的安全性能減低，使用壽命縮短，從而在動力電池領域的應用得到限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高電池的安全性能，減小電池的內(nèi)阻，提高電池使用壽命的鋰離子電池負極集流體材料。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:一種鋰離子電池負極集流體材料，包括金屬銅箔，其特征是:金屬銅箔表面覆有碳化硅層，碳化硅層厚度是0.003-0.009_。
[0006]一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，采用物理氣相沉積方法中的射頻磁控濺射工藝制備材料，其工藝條件為:以碳化硅為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，射頻電源頻率為30-50MHZ，加速電壓為300-500V，磁場為50-200G，氣壓為I _5mTorr，電流密度為30-50mA/cm，功率密度為20_40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50-100mm，基材的速度為20-30m/min。
[0007]此方法中，所述的射頻磁控濺射工藝后，再進行熱處理，熱處理中有可還原金屬的環(huán)境。
[0008]此方法中，所述的射頻磁控濺射工藝后，再進行熱處理，熱處理過程中有氬氣氣氛保護。
[0009]此方法中，所述的熱處理的溫度為300-500°C，保溫5-12小時。
[0010]此方法中，在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.009mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為I mTorr，射頻電源頻率為30 MHz,加速電壓為300V，磁場約為50G，電流密度為30mA/cm，功率密度為20W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50mm，基材的速度為20m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為0.003mm ;再對覆有碳化硅層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為300°C，保溫12小時。
[0011 ] 此方法中，在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.012mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為5 mTorr，射頻電源頻率為50MHz，加速電壓為500V，磁場約為200G，電流密度為50mA/cm，功率密度為40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為100mm,基材的速度為30m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為0.009mm ;再對覆有碳化硅層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為500°C，保溫5小時。
[0012]此方法中，在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.0lOmm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為3 mTorr，射頻電源頻率為40MHz，加速電壓為400V，磁場約為100G，電流密度為40mA/cm，功率密度為30W/cm，濺射靶與基材之間的距離為80mm,基材的速度為25m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為
0.005mm ;再對覆有碳化硅層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為400°C，保溫7小時。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點效果在于:(I)采用發(fā)明的表面覆有碳化硅層的金屬銅箔材料，在應用與鋰離子負極集流體材料時，提高了銅箔導電性能，增強了銅箔在電池工作中耐氧化的化學性能、耐腐性能，從而提高電池的安全性能。(2)采用本發(fā)明的覆有碳化硅層的金屬銅箔材料，在用于鋰離子電池負極集流體材料時，因提高了其導電性能，所以減小了內(nèi)阻。(3 )本發(fā)明優(yōu)選射頻磁控濺射工藝沉積碳化硅層，相對其它的物理氣相沉積方法，射頻電源的時候，有一小部分時間是在沖抵靶上積累的電荷，不會發(fā)生靶中毒。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為電池循環(huán)容量保持率對比測試結果圖；
圖2為電池內(nèi)阻對比測試結果圖；
圖3為電池正極活性物質克容量對比測試結果圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
本發(fā)明如圖1、2、3所示，
實施例1
在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.009mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為I mTorr，射頻電源頻率為30 MHz,加速電壓:300V，磁場約:50G，電流密度:30mA/cm，功率密度:20W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50mm，基材的速度為20m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為0.003mm ;再對覆有碳化娃層的銅箔在包含一氧化碳(CO)和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為300°C，保溫12小時。
[0016]采用上述方法制備了銅箔表面覆有碳化娃層，碳化娃的厚度為0.003_。分別使用本實施例之覆碳化硅銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負極集流體，其余工藝一樣，制備成鋰離子電池。在相同條件下，分別測試兩種電池的循環(huán)容量保持率，結果見附圖1。
[0017]由圖1可看到，采用本實施例之銅箔覆有碳化硅層作為負極集流體材料的鋰離子電池，其循環(huán)容量保持率明顯高于以普通銅箔作為負極集流體的鋰離子電池的保持率，該種電池的循環(huán)使用壽命提聞。
[0018]實施例2
在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.012mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為5 mTorr，射頻電源頻率為50MHz，加速電壓:500V，磁場約:200G，電流密度:50mA/cm，功率密度:40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為100mm，基材的速度為30m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層,沉積層的厚度為0.009mm ;再對覆有碳化娃層的銅箔在包含一氧化碳(CO)和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為500°C，保溫5小時。
[0019]采用上述方法制備了銅箔表面覆有碳化娃層，碳化娃的厚度為0.009_。分別使用本實施例之覆碳化硅銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負極集流體，其余工藝一樣，制備成鋰離子電池。在相同條件下，分別測試兩種電池的內(nèi)阻，結果見附圖2。
[0020]由圖2可看到，采用本實施例之銅箔覆有碳化硅層作為負極集流體材料的鋰離子電池，其內(nèi)阻比以普通銅箔作為負極集流體的鋰離子電池的內(nèi)阻小，前者電池的電性能比后者好。
[0021]實施例3
在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.0lOmm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為3 mTorr，射頻電源頻率為40MHz，加速電壓:400V，磁場約:100G，電流密度:40mA/cm，功率密度:30W/cm，濺射靶與基材之間的距離為80mm，基材的速度為25m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為0.005mm ;再對覆有碳化娃層的銅箔在包含一氧化碳(CO)和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為400°C，保溫7小時。
[0022]采用上述方法制備了銅箔表面覆有碳化娃層，碳化娃的厚度為0.005_。分別使用本實施例之覆碳化硅銅箔和普通銅箔作為鋰離子電池負極集流體，其余工藝一樣，制備成鋰離子電池。在相同條件下，分別測試兩種電池的正極活性物質克容量，結果見附圖3。
[0023]由圖3可看到，采用本實施例之銅箔覆有碳化硅層作為負極集流體材料的鋰離子電池，其正極活性物質克容量比以普通銅箔作為負極集流體的鋰離子電池的正極活性物質克容量高。
[0024]使碳化硅層與基體金屬銅箔結合更緊密，來提高金屬銅箔的物理性能。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池負極集流體材料，包括金屬銅箔，其特征是:金屬銅箔表面覆有碳化娃層，碳化娃層厚度是0.003-0.009mm。
2.一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:采用物理氣相沉積方法中的射頻磁控濺射工藝制備材料，其工藝條件為:以碳化硅為濺射靶，金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，射頻電源頻率為30-50MHZ，加速電壓為300-500V，磁場為50-200G，氣壓為1-5mTorr，電流密度為30-50mA/cm，功率密度為20-40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50-100mm,基材的速度為 20_30m/min。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:所述的射頻磁控濺射工藝后，再進行熱處理，熱處理中有可還原金屬的環(huán)境。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:所述的射頻磁控濺射工藝后，再進行熱處理，熱處理過程中有氬氣氣氛保護。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:所述的熱處理的溫度為300-500°C，保溫5-12小時。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.009mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為I mTorr，射頻電源頻率為30 MHz,加速電壓為300V，磁場約為50G，電流密度為30mA/cm，功率密度為20W/cm，濺射靶與基材之間的距離為50mm，基材的速度為20m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層,沉積層的厚度為0.003mm ;再對覆有碳化娃層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為300°C，保溫12小時。
7.根據(jù)權利要求3或4所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.012mm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為5 mTorr，射頻電源頻率為50MHz，加速電壓為500V，磁場約為200G，電流密度為50mA/cm，功率密度為40W/cm，濺射靶與基材之間的距離為100mm，基材的速度為30m/min，在銅箔的表面的沉積一層碳化硅層，沉積層的厚度為0.009mm ;再對覆有碳化硅層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為500°C，保溫5小時。
8.根據(jù)權利要求3或4所述的一種鋰離子電池負極集流體材料的制備方法，其特征在于:在射頻磁控濺射，以碳化硅為濺射靶，厚度為0.0lOmm金屬銅箔為濺射基材，通入氬氣，工作室的真空度為3 mTorr，射頻電源頻率為40MHz，加速電壓為400V，磁場約為100G，電流密度為40mA/cm，功率密度為30W/cm，濺射靶與基材之間的距離為80mm，基材的速度為25m/min,在銅箔的表面的沉積一層碳化娃層，沉積層的厚度為0.005mm ;再對覆有碳化娃層的銅箔在包含CO和氬氣的混合氣氛的熱處理爐中進行熱處理，熱處理的溫度為400°C，保溫7小時。
【文檔編號】H01M4/66GK103647085SQ201310706139
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】關成善, 宗繼月, 李濤, 賈傳龍, 劉艷輝 申請人:山東精工電子科技有限公司