[發(fā)明專利]硅在納米線上的結(jié)構(gòu)受控的沉積

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580032057.2
• 申請(qǐng)日: 2015-05-12
• 公開（公告）號(hào): CN106663786B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維潔;劉祖琴;韓松;J·博恩斯坦;C·I·斯蒂芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安普瑞斯股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/134
• 分類號(hào): H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李躍龍

在本文中提供了用于鋰離子蓄電池電極的納米結(jié)構(gòu)及制作方法。在一些實(shí)施方案中，提供了涂覆有硅涂層的納米結(jié)構(gòu)模板。該桂圖層可包括非共形的更加多孔的層和該非共形的更加多孔的層上的共形的致密層。在一些實(shí)施方案中，使用了兩種不同的沉積工藝，例如使用PECVD層來沉積該非共形的層并且使用熱CVD工藝來沉積該共形的層。包括該納米結(jié)構(gòu)的陽極具有比使用單獨(dú)PECVD工藝或熱CVD方法制作的陽極長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2014年5月12日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/992121的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其以其全文并且出于所有目的并入本文。

政府支持聲明

部分利用由美國能源部根據(jù)合同號(hào)DE－EE0005474提供的資金做出本文中所描述和要求保護(hù)的發(fā)明。政府在該發(fā)明中具有一定的權(quán)利。

發(fā)明背景

發(fā)明領(lǐng)域

該發(fā)明整體上涉及納米結(jié)構(gòu)，并且更具體地涉及在蓄電池陽極中有用的多層硅納米線結(jié)構(gòu)。

完成了大量工作來尋找在鋰蓄電池陽極中使用硅的方法。硅很有前景，因?yàn)槠渚哂腥缒壳笆褂玫氖氖兜匿嚾萘俊Ｈ欢钊诉z憾的是，在吸收如此大量的鋰時(shí)，硅膨脹400％，這通常導(dǎo)致硅的破碎和短的蓄電池壽命。

概述

在一方面，提供了用于鋰蓄電池的陽極，該陽極包括基材；固著于基材的納米線模板；基本上涂覆該納米線模板的第一硅層，該第一硅層具有第一密度；和該第一硅層和任何暴露的納米線模板上方的第二硅層，該第二硅層具有的密度高于該第一硅層的密度。根據(jù)各種不同的實(shí)施方案，該第一密度可為小于2.2g/cm³、2.1g/cm³、2.0g/cm³、1.9g/cm³、1.8g/cm³或1.7g/cm³。在一些實(shí)施方案中，該第二密度可具有大于2.25g/cm³的密度。在一些實(shí)施方案中，該第二硅層具有的密度比該第一硅層的密度大至少0.05g/cm³或0.15g/cm³。

該第一硅層可與該納米線模板為非共形的。在一些實(shí)施方案中，該第二硅層與下面的表面為共形的。在一些實(shí)施方案中，該第一硅層的氫含量為至少10％。在相同或其它的實(shí)施方案中，該第二硅層的氫含量可不大于5％。根據(jù)各種不同的實(shí)施方案，該納米線模板可為傳導(dǎo)性的并且可包括硅化物納米線。一個(gè)實(shí)例是硅化鎳納米線模板。

在一些實(shí)施方案中，該第一硅層在其最大直徑處為在約5和20微米之間的厚度。在一些實(shí)施方案中，該第二硅層為在約5和500納米之間的厚度，例如在約5和100納米之間的厚度。

本公開的另一方面涉及包括如上所述的陽極、含鋰陰極和與該陽極和陰極離子連通的電解質(zhì)的鋰蓄電池。

本公開的另一方面涉及納米結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)包括具有第一密度的第一硅層；和該第一硅層上方的第二硅層，該第二硅層具有的密度高于該第一硅層的密度。根據(jù)各種不同的實(shí)施方案，該第一密度可為小于2.2g/cm³、2.1g/cm³、2.0g/cm³、1.9g/cm³、1.8g/cm³或1.7g/cm³。在一些實(shí)施方案中，該第二密度可具有大于2.25g/cm³的密度。在一些實(shí)施方案中，該第二硅層具有的密度比該第一硅層的密度大至少0.05g/cm³或0.15g/cm³。在一些實(shí)施方案中，該納米結(jié)構(gòu)包括第一硅線內(nèi)的納米線。該納米線可生長(zhǎng)固著于基材。