【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料镀覆领域，尤其是涉及电池电极电化学性增强方法。
技术介绍
1、新能源因其清洁、可再生及环保特性而备受关注，但仍存在供电稳定性和成本效益等问题，导致限制了新能源的大规模应用。二次电池是目前能够实现连续稳定供电储能设备的最佳选择，同时也是目前应用广泛程度最高的储能设备，其能够有效存储能源、转换能源的功能能够满足人们日益增长的能源需求，在生产生活等方面发挥重要的作用。二次电池的类型有很多种，锂离子电池、蓄电池、镍铬电池等都是常见的二次电池。而在这些二次电池之中，锂离子电池因具有环境友好和优秀的电化学性能等优势从中脱颖而出，良好的能量密度和较长的循环寿命使锂离子电池能够应对多种应用场景，从而实现广泛的应用。
2、锂离子电池内部结构其关键材料由正极材料、负极材料、电解质材料以及隔膜材料构成。正极材料主要作用是提供活性锂离子(li+)；负极材料主要作用是能量的储存和释放；电解质主要作用是锂离子(li+)在正负极之间传导；隔膜主要作用是阻止正负极材料接触导致电池短路锂离子电池在充电时，li+从正极材料中脱出，通过电解质介质后嵌入负极材料中。同时，电子通过外部电路从正极转移到负极，将电能转换成可储存的化学能。在电池放电时，由于正负极之间的电位差，锂离子自发地从负极材料中脱出，返回嵌入正极材料中。同时，负极电子通过外电路迁移回正极，把储存的化学能转换成电能。
3、锂离子电池负极材料要具备以下条件：电化学反应电位低、储锂能力强、电压平台的变化小、离子电子电导率较高、稳定的固体电解质界面膜、成本低、制备工
4、硅碳复合负极材料制备方法较多，有化学气相沉积法、机械球磨法、喷雾法、镁热还原法、溶胶-凝胶法以及热解法等。喷雾法存在能耗高，仪器要求高的缺点；镁热还原法存在放电比容量较低的缺点；溶胶-凝胶法成本高；热解法存在分散性能差，团聚现象严重的缺点；机械球磨法得到的负极材料使用寿命首先；化学气相沉积所采用的原料有毒易燃。
5、在此基础上本申请采用磁控溅射技术交替制备硅-石墨烯梯度电极，并掺杂cu，克服现有技术中制备方法劣势的基础上，提高电极的电化学性能。
技术实现思路
1、一种电池电极电化学性增强方法，采用磁控溅射制备硅-石墨烯梯度复合电极，并掺杂金属cu。
2、首先对集流体进行清洗干燥，随后将集流体放入真空磁控溅射腔体内。溅射腔体的本底真空度优于2.0×10-4pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，氩气的流量为8-12sccm。集流体为pet、pp、pi或pc。
3、随后制备si-石墨烯梯度交替结构。所用靶材是纯度为99.999%的硅靶、纯度为99.99%的石墨靶及纯度为99.999%的cu靶，硅靶溅射功率为80-100w，石墨靶溅射功率80-100w，铜靶溅射功率20-30w。溅射起始阶段开启石墨靶，溅射石墨层，厚度为15-25nm，随后逐渐降低石墨靶功率至0w，逐渐升高硅靶和铜靶溅射功率至预设值，溅射15-25nm厚度si层；依上述方式交替沉积石墨层和硅层多层结构，并实现梯度过渡。
4、最后将交替多层结构电极进行退火，使得石墨转化为石墨烯，并且进一步降低由于溅射过程中产生的内应力，进一步提高石墨烯与si层之间的扩散过渡，退火时的本底真空度为3.0×10-4pa, 300 -400℃ 退火20-30分钟, 退火后保持真空自然冷却到室温，最终得到电化学性增强的电池电极。
5、本专利技术首先采用磁控溅射工艺制备电极结构，得到了石墨烯与硅的交替结构，由于石墨烯表面积巨大，与集流体和硅层的结合性更优，能够改善电极的导电性能和循环稳定性，并且由于石墨烯分子结构为三维中空结构，具有较大的弹性模量，能够吸收在循环充放电过程中硅层产生的循环应力变形，并且在制备多层结构时逐渐改变溅射功率，采用过渡梯度的方式能够进一步缓解变形的同时能够避免层间开裂的趋势。在制备si层时掺杂cu，cu原子在si硅层内部引起晶格畸变，产生足够的位错、空位等缺陷，为后续变形提供了缓冲空间，并且进一步改善电极的导电性能。
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1.一种电池电极电化学性增强方法，其特征在于，首先将集流体放入真空磁控溅射腔体内，溅射腔体的本底真空度优于2.0×10-4 Pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，氩气的流量为8-12sccm；
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用硅靶靶材纯度为99.999%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用石墨靶靶材纯度为99.99%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用Cu靶靶材纯度为99.999%。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于集流流体为PET、PP、PI或PC。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于退火后自然冷却到室温期间保持真空。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于退火时的本底真空度为3.0×10-4 pa。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于将集流体放入真空磁控溅射腔体前对集流体进行清洗干燥。
9.如权利要求1所述的增强方法改进得到的电池电极。
10.如权利要求9所述的电池电极，其特征在于集流流体为PET、PP、PI或PC。
...【技术特征摘要】
1.一种电池电极电化学性增强方法，其特征在于，首先将集流体放入真空磁控溅射腔体内，溅射腔体的本底真空度优于2.0×10-4 pa，工作气体是纯度为99.999%的高纯氩气，氩气的流量为8-12sccm；
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用硅靶靶材纯度为99.999%。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用石墨靶靶材纯度为99.99%。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用cu靶靶材纯度为99.999%。
5.如权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚卓洋，林云志，
申请(专利权)人：中铁电气化局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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