(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111484838.9 (22)申请日 2021.12.07 (71)申请人 南京宇博瑞材 料科技有限公司 地址 210000 江苏省南京市栖霞区栖霞街 道广月路3 0-06号 (72)发明人 陈家禄　陈子博　何倩　胡涛　 赵进　 (74)专利代理 机构 北京中知法苑知识产权代理 有限公司 1 1226 代理人 李明　赵吉阳 (51)Int.Cl. H01M 4/134(2010.01) H01M 4/1395(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种高性能多孔Cu-Si合金薄膜负极材料及 其制备方法 (57)摘要 发明公开了一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极材 料及其制备方法， 所述负极是由活性物质Si和导 电框架金属Cu共同组成的多 孔合金薄膜， 薄膜孔 隙率在5％～50％， 薄膜厚度为0.001 ‑0.01mm。 本 发明的多孔Cu ‑Si合金薄膜负极采用真空磁控溅 射镀膜技术制备得到。 通过在铜箔集流体表面沉 积Si‑Cu‑Zn合金膜， 再去除Zn得到 具备发达孔隙 结构的薄膜负极， 最后对材料进行热处理。 本发 明中的Cu ‑Si合金薄膜负极拥有金属 铜作为导电 骨架， 具有良好的导电性， 同时金属铜骨架和发 达的孔隙会有效减少硅在循环过程中体积变化 带来的应力， 从而有效减缓了硅负极的 “粉化”情 况， 有助于提升电池的性能和延长电池使用寿 命。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114156438 A 2022.03.08 CN 114156438 A 1.一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于， 所述多孔Cu ‑Si合金薄膜负极包括多孔 Cu‑Si合金薄膜和金属铜集流体； 所述多孔Cu ‑Si合金薄膜负极是采用真空磁控 溅射镀膜 技 术在金属铜集流体表面沉积Cu ‑Si‑X合金薄膜， 再去除合金薄膜中的金属X后制备得到； 其 中X为Zn、 Al或Mg。 2.根据权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于： 所述多孔Cu ‑Si合 金薄膜的孔隙率在5％～5 0％。 3.根据权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于： 所述多孔Cu ‑Si合 金薄膜的孔隙率在25％～3 5％(范围再缩小)。 4.根据权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于： 所述多孔Cu ‑Si合 金薄膜的厚度为0.0 01‑0.01mm。 5.根据权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于： 所述多孔Cu ‑Si合 金薄膜中Si的含量 为10～80％。 6.根据权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 其特征在于： 所述金属铜集流 体为金属铜箔集 流体。 7.权利要求1所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤(1)： 利用真空磁控溅射镀膜技 术在金属铜表面 沉积Cu‑Si‑X合金薄膜； 步骤(2)： 使用盐酸溶液对沉积有Cu ‑Si‑X合金薄膜的金属铜进行刻蚀， 去除合金薄膜 中的金属X； 得到刻蚀后的多孔Cu ‑Si合金薄膜负极； 步骤(3)： 将步骤(2)得到的多孔Cu ‑Si合金薄膜负极进行 热处理； 其中， X为Zn、 Al或Mg。 8.根据权利 要求7所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 所述X 为Zn。 9.根据权利要求8所述的一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极的制备方法， 其特征在于， 步骤 (1)所述的利用真空磁控 溅射镀膜 技术在金属铜箔表 面沉积Cu ‑Si‑Zn合金薄膜的方法包括 以下步骤： 步骤(1)： 选取 金属铜箔， 经清洗和裁 剪后作为溅射基材放入腔室； 步骤(2)： 设置Si、 Cu和Zn的阴极靶， 使他们均匀分布在基底的上 方； 步骤(3)： 直 流磁控溅射 沉积Cu‑Si‑Zn合金膜， 使合金薄膜达 到100～1000nm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114156438 A 2一种高性能多孔Cu ‑Si合金薄膜负极材料及其制备方 法 技术领域 [0001]本发明属于锂电池器件及锂电池材料制造技术领域， 具体涉及了一种利用真空磁 控溅射镀膜技 术制备锂电池多孔Cu ‑Si薄膜负极的方法。 背景技术 [0002]锂离子电池由正极、 负极、 隔膜和电解液组成， 其中锂离子电池的负极市场90％是 由石墨材料所占据， 随着社会的快速发展， 石墨材料的容量越来越无法满足人们的需求。 硅 材料由于有着高达 4199mAh g‑1的超高容量， 被认为 是极具潜力的下一代负极材料。 然而， 硅 在电池循环过程中会发生最高300％的体积变化， 由此带来的巨大应力会造成电极损坏和 表面SEI膜的连续破裂和形成， 从而导 致电池容 量快速衰减。 [0003]目前， 针对硅负极面临的问题提出的解决方案有： 控制硅 的形貌和制 备硅复合材 料。 第一种通过将块状硅变为具备各种特殊形貌的纳米硅， 以此将 体积变化带的应力分散。 第二种方法， 是通过复合其他材料， 来提升电极对体积 变化带来的应力的承受能力， 其中使 用的最多的复合材料是碳材料， 既可以提升电极机械强度， 也可以提高导电性。 但是， 这些 方法对硅负极材 料的性能提高比较有限， 而且制备 过程复杂。 发明内容 [0004]为了克服现有技术 的不足， 本发明提出一种高性能多孔Cu ‑Si合金薄膜负极材料 及其制备方法。 本发 明的多孔Cu ‑Si合金薄膜负极具有发达的孔隙结构， 为Si体积膨胀提供 了空间， 减少了膨胀带来的应力。 本发明的制备方法简单， 采用了真空磁控溅射镀膜技术， 使Cu‑Si共沉积， 使得Cu ‑Si混合得更加均匀， 且Cu ‑Si合金薄膜与集流体有更高的结合力。 本发明得到的Cu ‑Si合金薄膜负极不仅具有优异的导电性， 且稳定性大 大提升。 [0005]本发明提出的一种高性能多孔Cu ‑Si合金薄膜负极材料及其制备方法通过以下技 术方案予以实现。 [0006]一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极， 包括多孔Cu ‑Si合金薄膜和金属铜集流体； 所述多 孔Cu‑Si合金薄膜负极是采用真空磁控溅射镀膜技术在金属铜箔集流体表面沉积Cu ‑Si‑X 合金薄膜， 再去除合金薄膜中的金属X后制备 得到； 其中X为Zn、 Al或Mg。 [0007]作为本发明的一个优选方案， 前述金属铜集 流体优选金属铜箔。 [0008]作为本发明的一个优选方案， 前述多孔Cu ‑Si合金薄膜的孔隙率在5％～5 0％。 [0009]作为本发明的一个优选方案， 前述多孔Cu ‑Si合金薄膜的孔隙率在25％～3 5％。 [0010]作为本发明的一个优选方案， 前述多孔Cu ‑Si合金薄膜的厚度为0.0 01‑0.01mm。 [0011]作为本发明的一个优选方案， 前述多孔Cu ‑Si合金薄膜中Si的含量 为10～80％。 [0012]本发明进一 步提出了一种多孔Cu ‑Si合金薄膜负极的制备 方法， 包括以下步骤： [0013]步骤(1)： 利用真空磁控溅射镀膜技 术在金属铜表面 沉积Cu‑Si‑X合金薄膜； [0014]步骤(2)： 使用盐酸溶液对沉积有Cu ‑Si‑X合金薄膜的金属铜进行刻蚀， 去除合金 薄膜中的金属X； 得到刻蚀后的多孔Cu ‑Si合金薄膜负极；说　明　书 1/3 页 3 CN 114156438 A 3