基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，步驟如下：將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗，干燥后放入微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，加熱，通入甲烷，用氫等離子處理，結(jié)束處理后，形成三維石墨烯支架；再放入磁控濺射腔體內(nèi)，將鋰離子電池電極材料作為靶材，通入氬氣，濺射；最后在氬氣手套箱中組裝成電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，LiPF6與碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液。本發(fā)明方法首次獲得了高質(zhì)量的三維石墨烯結(jié)構(gòu)，具有高的導(dǎo)電性，是柔性材料，能有效的緩解鋰離子在充放電過程中引起的應(yīng)力，能極大的提高電子及鋰離子的輸運(yùn)速率。
【專利說明】基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種基 于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]近年來，鋰離子電池已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用于移動(dòng)電子通訊設(shè)備。隨著移動(dòng)可充電電池的在電動(dòng)汽車及空間站等大規(guī)模運(yùn)用，發(fā)展新型的高儲能，快速充電，穩(wěn)定的鋰離子電池變得越來越重要。由于硅的理論容量能達(dá)到4200mAh g_l，并且有低達(dá)0.4V的放電電勢，所以硅被普遍認(rèn)為將取代現(xiàn)有石墨電極而成為下一代電極材料。但是由于硅在鋰離子充放電過程中體積膨脹能達(dá)到400%，所以硅電極很容易發(fā)生龜裂，從而導(dǎo)致循環(huán)性能迅速衰減，進(jìn)而在很大程度上阻止了硅電極的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這些問題，人們設(shè)計(jì)了不同的硅納米結(jié)構(gòu)，例如硅納米線，硅納米管，硅納米電纜結(jié)構(gòu)及硅跟石墨烯復(fù)合材料，在硅外面包褓氧化娃再包碳等納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0003]硅納米結(jié)構(gòu)電極相比硅體材料電極有下列優(yōu)勢:(I)納米結(jié)構(gòu)可以有效的減少電子跟鋰離子的傳輸路徑；(2)由于納米結(jié)構(gòu)能給電極跟電解液之間提供更高的接觸面積，所以納米結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)高倍率充放電；(3)納米結(jié)構(gòu)可以有效的減緩鋰離子充放電所產(chǎn)生的應(yīng)力。盡管硅納米結(jié)構(gòu)有上述優(yōu)點(diǎn)，然而仍然面臨很大的挑戰(zhàn)，例如低的體容量，低的熱穩(wěn)定性，不良的副反應(yīng)，高價(jià)及復(fù)雜的制備過程。鑒于上述提到的硅鋰離子電池現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種新型的，低價(jià)的，制備工藝簡單的硅納米結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高存儲容量，高倍率，穩(wěn)定的硅鋰離子電池是當(dāng)務(wù)之急。
[0004]由于硅薄膜能降低離子和電子傳輸路徑及能有效的減輕大的體積變化而引起的龜裂，一直被認(rèn)為能實(shí)現(xiàn)長期的穩(wěn)定性及獲得高的庫倫效率。然而薄膜的厚度一直只能局限在幾十個(gè)納米。研究發(fā)現(xiàn)隨著薄膜的厚度增加，應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致急劇的龜裂，高的固有電阻會(huì)導(dǎo)致循環(huán)性能的衰減及低的比容量在高電流密度。最近，張(Nano Lett.2012，12，2778-2783)、 (Adv.Mater.2010, 22,5378-5382)和曹(Adv.Mater.2011，23，4415-4420)等人提出了用三維的金屬支架支撐硅薄膜，并實(shí)現(xiàn)了較好的電化學(xué)性能。作為機(jī)械支架的多空結(jié)構(gòu)的銅跟鎳不與鋰離子反應(yīng)，能作為良好的導(dǎo)電電極。這種三維支架結(jié)構(gòu)能有效的緩和硅材料在鋰離子充放電過程中引起的內(nèi)應(yīng)力。然而由于這種三維支架結(jié)構(gòu)質(zhì)地堅(jiān)硬的而非柔性材料，所以只能在有限范圍內(nèi)減小內(nèi)應(yīng)力。
[0005]與堅(jiān)硬的金屬三維支架相比，碳材料似乎是更合適作為硅基材料鋰離子電池的骨架。碳材料不僅能給電子和鋰離子提供良好的傳輸途徑，同時(shí)柔軟的特征能有效的減緩鋰離子在充放電過程中引起的應(yīng)力。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，該方法首次獲得了高質(zhì)量的三維石墨烯結(jié)構(gòu)，其具有高的導(dǎo)電性，是一種柔性材料，能有效的緩解鋰離子在充放電過程中引起的應(yīng)力，能極大的提高電子及鋰離子的輸運(yùn)速率，提高電容量。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)問題的:
[0008]一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，所述制備方法如下:
[0009]步驟一，將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗5-15分鐘，干燥后放入1.5kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，加熱溫度到600-700度后加 1100-1400瓦的微波功率，同時(shí)通入l-2SCCm甲烷，保持壓力為20-30Torr，用氫等離子處理10-30分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架；
[0010]步驟二，將三維石墨烯支架從微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)取出，放入磁控派射腔體內(nèi)，將鋰離子電池電極材料作為祀材，通入5_15sccm的IS氣控制壓力在l-3mTorr,加入30-70W的射頻功率，濺射10-40分鐘，之后就會(huì)在三維石墨烯支架表面覆蓋一層將鋰離子電池電極材料薄膜；
[0011]步驟三，將覆有鋰離子電池電極材料薄膜的三維石墨烯支架在氬氣手套箱中組裝成電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0mol/L LiPF6與1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。
[0012]進(jìn)一步地，步驟一具體為:將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗10分鐘，干燥后放入1.5kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，通入lOOsccm的氫氣，加熱溫度到6 50度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，保持壓力為23Torr，用氫等離子處理10分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架。
[0013]進(jìn)一步地,步驟二中，三維石墨烯支架放入磁控派射腔體內(nèi)，通入IOsccm的気氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟二中的鋰離子電池電極材料為硅、錫或鍺。
[0015]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0016]本發(fā)明運(yùn)用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積首次獲得了高質(zhì)量的三維石墨烯結(jié)構(gòu)，相比Human氧化還原法，這種三維石墨烯能滿足電子器件要求，具有高的導(dǎo)電性，同時(shí)是一種柔性材料，能有效的緩解鋰離子在充放電過程中引起的應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)電子的彈道輸運(yùn)，能極大的提高電子及鋰離子的輸運(yùn)速率。
[0017]本發(fā)明運(yùn)用傳統(tǒng)的磁控濺射方式制備硅薄膜，操作簡單方便，不需要繁瑣的化學(xué)制備過程，同時(shí)制備的硅薄膜純度高，不會(huì)有氧化層，能極大的提高電容量。本發(fā)明運(yùn)用原位生長，濺射等方式制備三維的納米薄膜結(jié)構(gòu)，有效的避免了電池制備中運(yùn)用粘結(jié)劑等涂膜制備工藝。
[0018]本發(fā)明提出的三維石墨烯結(jié)構(gòu)也可以發(fā)展到其他電極材料，開辟了固體鋰離子電池的新方向。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0019]下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0020]圖1 (a)為傾斜45度的三維石墨烯SEM圖。
[0021]圖1 (b)為濺射以后，傾斜45度的硅-三維石墨烯SEM圖。[0022]圖1 (c)為三維石墨烯TEM圖。
[0023]圖1 (d)為硅-三維石墨烯TEM圖。
[0024]圖2為三維石墨烯Raman圖。
[0025]圖3為硅-三維石墨烯(Si_3D G-Ni)，硅-二維石墨烯(Si_2D G-Ni)，硅-鎳片(S1-Ni)在電流密度為C/3的電化學(xué)性能循環(huán)性能。
[0026]圖4為3 μ m硅薄膜的硅-三維石墨烯(Si_3D G-Ni)在電流密度為C/3是的電化學(xué)性能循環(huán)性能。
[0027]圖5為電流密度分別為IC and3C下的基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能離子電池充放電循環(huán)曲線。
【【具體實(shí)施方式】】
[0028]本發(fā)明涉及一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能離子電池制備方法，所述制備方法如下:
[0029]步驟一，將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗5-15分鐘，干燥后放入1.5kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，加熱溫度到600-700度后加 1100-1400瓦的微波功率，同時(shí)通入l-2SCCm甲烷，保持壓力為20-30Torr，用氫等離子處理10-30分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架；
[0030]步驟二，將三維石墨烯支架從微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)取出，放入磁控派射腔體內(nèi)，將鋰離子電池電極材料作為祀材，通入5-15sccm的IS氣控制壓力在l-3mTorr,加入30-70W的射頻功率，濺射10-40分鐘，之后就會(huì)在三維石墨烯支架表面覆蓋一層將鋰離子電池電極材料薄膜；
[0031]步驟三，將覆有鋰離子電池電極材料薄膜的三維石墨烯支架在氬氣手套箱中組裝成電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0mol/L LiPF6與1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。
[0032]較優(yōu)的，步驟一具體為:將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗10分鐘，干燥后放入1.5kw微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，通入lOOsccm的氫氣，加熱溫度到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，保持壓力為23Torr,用氫等離子處理10分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架。
[0033]較優(yōu)的，步驟二中，三維石墨烯支架放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘；鋰離子電池電極材料為硅、錫或鍺。
[0034]請參閱圖1~5所示，以及結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0035]實(shí)施例1將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)清洗的鎳片放入1.5kff ASTeX等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)腔內(nèi)，通入lOOsccm氫氣，當(dāng)溫度增加到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，用等離子處理20分鐘后關(guān)掉微波，讓腔體自然冷卻，取出樣品就會(huì)可以用SEM觀察到鎳片表面長出了三維的石墨烯結(jié)構(gòu)。然后將三維石墨烯-鎳片放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入1Osccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘，之后就會(huì)在三維石墨烯表面覆蓋一層1μ m左右的硅薄膜。
[0036]之后將硅-三維石墨烯-鎳片在氬氣手套箱中組裝電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0moI/L LiPFf^ 1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。在0.330(1200-84)電流密度下測試，經(jīng)過500個(gè)循環(huán)后，仍然有2096mAh g—1的電容量，剩余點(diǎn)容量達(dá)到84% (由于程序設(shè)置中選擇第一個(gè)循環(huán)在
0.1C下測試，第二跟第三個(gè)循環(huán)在0.2C下測試，并且剛開始可能硅材料沒有完全活化，所以選擇第50個(gè)比較穩(wěn)定的數(shù)值作為比較)。庫倫效率能達(dá)到99.4%。如此優(yōu)越的電化學(xué)性能歸于與本發(fā)明的獨(dú)特的硅-三維石墨烯結(jié)構(gòu)。
[0037]參閱附圖，圖1(a)為傾斜45度的三維石墨烯SEM圖，與其他報(bào)道的用普通化學(xué)氣相沉積法生長的二維的單層或多層石墨烯不同的是，本發(fā)明中的是一種三維支架結(jié)構(gòu)的多層石墨烯；圖1(b)為濺射以后，傾斜45度的硅-三維石墨烯SEM圖，濺射完硅薄膜以后，就會(huì)呈現(xiàn)豆瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)；圖1((3)為三維石墨烯TEM圖，可以明顯的觀察到石墨烯是透明狀，并且應(yīng)該是多層結(jié)構(gòu)；圖1(d)為硅-石墨烯TEM圖，揭示了這些硅的豆瓣結(jié)構(gòu)是由幾個(gè)納米大小的硅的顆粒組成，并且這些硅的納米顆粒均勻的分布在三維石墨烯表面。其中右下角插圖為硅納米材料SAED衍射圖，表明濺射上的硅是多晶跟非晶混合結(jié)構(gòu)。
[0038]圖2為三維石墨烯Raman圖。其中可以明顯的觀察到D (石墨烯的缺陷峰)，G (碳-碳Sp2雜化峰)，2D (石墨烯的特征峰)峰。
[0039]圖3為硅-三維石墨烯(Si_3D G-Ni)，硅-二維石墨烯(Si_2D G-Ni)，硅-鎳片(S1-Ni)在電流密度為C/3的電化學(xué)性能循環(huán)性能。其中第一圈測試電流密度為0.1C,第二圈為0.2C,第三圈為1/3C，再往后的測試是保持1/3C的電流密度下測試。相同測試條件下可以明顯的發(fā)現(xiàn)硅-三維石墨烯結(jié)構(gòu)在循環(huán)500圈以后仍然能夠保持1314mA hg—1的容量，并且?guī)靷愋誓軌蜻_(dá)到84%。而硅-二維石墨烯跟硅-鎳片結(jié)構(gòu)的電化學(xué)循環(huán)性能衰減很快，200個(gè)循環(huán)以后， 硅-二維石墨烯只能保持743mA hg—1，硅-鎳片結(jié)構(gòu)在500個(gè)循環(huán)以后，只能保持61mA hg'綜上所述，三維石墨烯可以明顯提高電化學(xué)循環(huán)的穩(wěn)定性。
[0040]實(shí)施例2將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)清洗的鎳片放入1.5kff ASTeX等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)腔內(nèi)，在鎳片下面放一塊石英玻璃片(4cmX4cm)以避免跟鑰片直接接觸，通入lOOsccm氫氣，當(dāng)溫度增加到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，用等離子處理20分鐘后關(guān)掉微波，讓腔體自然冷卻，取出樣品就會(huì)可以用SEM觀察到鎳片表面長出了二維的石墨烯(多層)。然后將二維石墨烯-鎳片放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘，之后就會(huì)在二維石墨烯表面覆蓋一層Iym左右的硅薄膜。
[0041]之后將硅-二維石墨烯-鎳片在氬氣手套箱中組裝電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0moI/L LiPFf^ 1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。在0.330(1200-84)電流密度下測試，經(jīng)過200個(gè)循環(huán)后，電容量迅速衰減到473mAh g_1的。
[0042]實(shí)施例3將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)清洗的鎳片放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘，之后就會(huì)在二維石墨烯表面覆蓋一層Ιμπι左右的硅薄膜。
[0043]之后將硅-二維石墨烯-鎳片在氬氣手套箱中組裝電池，在0.33C(1200mAg4)電流密度下測試，經(jīng)過500個(gè)循環(huán)后，電容量迅速衰減到61mAh g—1的。
[0044]實(shí)施例4將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)清洗的鎳片放入1.5kff ASTeX等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)腔內(nèi)，通入lOOsccm氫氣，當(dāng)溫度增加到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，用等離子處理20分鐘后關(guān)掉微波，讓腔體自然冷卻，取出樣品就會(huì)可以用SEM觀察到鎳片表面長出了三維的石墨烯結(jié)構(gòu)。然后將三維石墨烯-鎳片放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射2小時(shí)分鐘，之后就會(huì)在三維
石墨烯表面覆蓋一層3 μ m左右的硅薄膜。
[0045]之后將硅-三維石墨烯-鎳片在氬氣手套箱中組裝電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0moI/L LiPFf^ 1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。在0.330(1200-84)電流密度下測試，經(jīng)過200個(gè)循環(huán)后，只有657mAh g—1的電容量。結(jié)果顯示厚的硅薄膜只能保持20圈左右較好的循環(huán)性能，之后就會(huì)電容量一直衰減。
[0046]請參閱圖4，圖4為3 μ m硅薄膜的硅-三維石墨烯(Si_3D G-Ni)在電流密度為C/3是的電化學(xué)性能循環(huán)性能。相比小于3μπι硅薄膜的硅-三維石墨烯(S1-3DG-Ni)結(jié)構(gòu)，濺射后的Si薄膜層，電化學(xué)循環(huán)不能保持持續(xù)穩(wěn)定，只能保持十幾圈，然后持續(xù)保持衰減。這表明控制Si的薄膜層的厚度對于提高性能有關(guān)鍵的作用。
[0047]實(shí)施例5將經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)清洗的鎳片放入1.5kff ASTeX等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)腔內(nèi)，通入lOOsccm氫氣，當(dāng)溫度增加到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，用等離子處理20分鐘后關(guān)掉微波，讓腔體自然冷卻，取出樣品就會(huì)可以用SEM觀察到鎳片表面長出了三維的石墨烯結(jié)構(gòu)。然后將三維石墨烯-鎳片放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30小時(shí)分鐘，之后就會(huì)在三維石墨烯表面覆蓋一層Iym 左右的硅薄膜。
[0048]之后將硅-三維石墨烯-鎳片在氬氣手套箱中組裝電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，1.0moI/L LiPF6與1:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯:碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。在IC(360011^1,30(10.8Ag_0高電流密度下測試，經(jīng)過1200個(gè)循環(huán)后，在IC下測試的電池仍能保持1728mAh g—1的電容量。在3C下測試的電池仍能保持1263mAh g—1的電容量.并且整個(gè)充放電循環(huán)相對比較穩(wěn)定。
[0049]重點(diǎn)參閱圖5，圖5為電流密度分別為IC and3C下的基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能離子電池充放電循環(huán)曲線；對于3C的測試電流密度，前5個(gè)循環(huán)測試電流密度為C/10，第6到第25個(gè)循環(huán)測試電流密度設(shè)為C/5，第26到55個(gè)循環(huán)測試電流密度設(shè)為C/3，第56到100個(gè)循環(huán)測試電流密度設(shè)為1C。尤其對于3C的電流密度下測試，1200個(gè)循環(huán)后仍然能保持1083mA hg—1的電容量。這一優(yōu)越的性能結(jié)果表明硅石墨烯結(jié)構(gòu)有希望能實(shí)現(xiàn)快速充放電。
[0050]綜上可知，本發(fā)明運(yùn)用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法生長出了高質(zhì)量的三維石墨烯結(jié)構(gòu)；三維石墨烯能滿足電子器件要求，具有高的導(dǎo)電性，同時(shí)是一種柔性材料，能有效的緩解鋰離子在充放電過程中引起的應(yīng)力。三維石墨烯大的比表面積能夠給電極提供更多與電解液接觸的面積增強(qiáng)電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
[0051]與硅(錫或者鍺)_ 二維石墨烯及硅(錫或者鍺)_鎳片相比，本發(fā)明硅(錫或者鍺)-三維石墨烯結(jié)構(gòu)在0.33C(UOOmAg-1)電流密度下測試，經(jīng)過500個(gè)循環(huán)后，仍然有2096mAh g—1的電容量，剩余點(diǎn)容量達(dá)到84%，庫倫效率能達(dá)到99.4%。本發(fā)明運(yùn)用傳統(tǒng)的磁控濺射方式制備硅薄膜，操作簡單方便，不需要繁瑣的化學(xué)制備過程，同時(shí)制備的硅薄膜純度高，不會(huì)有氧化層，能極大的提高電容量。本發(fā)明直接運(yùn)用原位生長方法能避免運(yùn)用粘結(jié)劑等涂抹工序，能提聞電池制備效率。
[0052]雖然以上描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實(shí)施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，其特征在于:所述制備方法如下: 步驟一，將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗5-15分鐘，干燥后放入1.5kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，加熱溫度到600-700度后加1100-1400瓦的微波功率，同時(shí)通入l-2sccm甲烷，保持壓力為20_30Torr，用氫等離子處理10-30分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架； 步驟二，將三維石墨烯支架從微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)取出，放入磁控濺射腔體內(nèi)，將鋰離子電池電極材料作為祀材，通入5-15sccm的気氣控制壓力在l-3mTorr，加入30-70W的射頻功率，濺射10-40分鐘，之后就會(huì)在三維石墨烯支架表面覆蓋一層將鋰離子電池電極材料薄膜； 步驟三，將覆有鋰離子電池電極材料薄膜的三維石墨烯支架在氬氣手套箱中組裝成電池，其中，多空聚丙烯被用作隔膜，l.0mol/L:1:1的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯--碳酸二乙酯的混合液體被用作電解液，鋰片被用作參考電極。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，其特征在于:步驟一具體為:將鎳片、銅片或鎳銅合金片依此用丙酮，酒精，去離子水分別超聲清洗10分鐘，干燥后放入1.5kW微波等離子體化學(xué)氣相沉積腔體內(nèi)，通入lOOsccm的氫氣，加熱溫度到650度后加1200瓦的微波功率，同時(shí)通入1.5sccm甲烷，保持壓力為23Torr,用氫等離子處理10分鐘，結(jié)束處理后，關(guān)掉等離子體，讓腔體自然冷卻，形成三維石墨烯支架。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，其特征在于:步驟二中，三維石墨烯支架放入磁控濺射腔體內(nèi)，通入IOsccm的氬氣控制壓力在2mTorr，加入50W的射頻功率，濺射30分鐘。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于三維石墨烯支架結(jié)構(gòu)的高性能鋰離子電池制備方法，其特征在于:所述步驟二中的鋰離子電池電極材料為硅、錫或鍺。
【文檔編號】H01M10/058GK103956520SQ201410180989
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】王春棟, 吳啟輝, 瞿波 申請人:泉州師范學(xué)院