[發明專利]一種鈉離子電池用負極材料硅銻合金薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610042224.8
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105680028B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 潘洋;周永寧
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/054
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

本發明屬鈉離子電池技術領域，具體為一種鈉離子電池用負極材料硅銻合金薄膜及其制備方法。硅銻合金（Si_xSb_(1?x)，0.5≤X≤0.95）薄膜電極材料采用脈沖激光沉積制備獲得，硅銻合金薄膜厚度為40?80nm，質量為0.02?0.04 mg。薄膜電極的可逆比容量約為450 mAh/g，在充放電循環過程中表現出優良的電化學性能。該電極材料比容量高，循環性能好，制備方法簡單，適用于鈉離子電池。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及可用作鈉離子電池的負極活性材料及其制備方法。

背景技術

隨著近年來移動電子設備的飛速發展，與電子產品相匹配的小型化長壽命電源的需求日益增加，對鋰離子電池依賴加劇，有限的鋰資源必將面臨短缺問題，其成本也將隨之上升。鈉離子電池與鋰離子電池相比雖然能量密度略低，但鈉鹽資源豐富，分布廣泛，成本低廉。同時，鈉電池有相對穩定的電化學性能，使用更加安全。負極材料作為鈉離子電池的重要組成部分，其性能對電池的綜合性能具有重要的作用。目前用于鈉離子電池的負極材料主要包括：碳基材料，例如硬碳（可逆容量約為300mAh/g）；氧化物和硫化物材料，例如Na₂Ti₃O₇（可逆容量約為200mAh/g）、Ni₃S₂（可逆容量約為400mAh/g）；合金材料，例如SnSb/C（可逆容量約為544 mAh/g）。其中，碳基材料和氧化物材料的容量不高；硫化物材料的循環性能差；合金材料的比容量較大，但循環性能也不夠理想。

本發明提出使用脈沖激光沉積技術制備的Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)合金薄膜負極材料，是一種具有良好充放電性能的高容量新型電極材料。

發明內容

本發明的目的在于提出一種性能良好的用于鈉離子電池的硅銻合金負極材料及其制備方法。

本發明提出的用于鈉離子電池的負極材料，是一種硅銻合金Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)納米薄膜材料，薄膜厚度為40-80 nm，質量為0.02-0.04 mg。經研究表明，此類材料具有良好的電化學性能，可作為高性能鈉離子電池的負極材料。目前為止沒有關于這種硅銻合金用作鈉離子電池負極材料的報道。

本發明提出的作為鈉離子電池負極材料的硅銻合金材料為薄膜形式。

本發明提出的用于鈉離子電池的硅銻合金負極材料的制備方法，具體步驟如下：

用半導體Si和金屬Sb按比例混合制作靶材，采用脈沖激光沉積得到Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)合金薄膜；其中，脈沖激光波長為300-400 nm，重復頻率為10-20 Hz，脈沖寬度為5-10 ns；脈沖激光和靶材表面所形成的入射角為30-45°，聚焦鏡焦距為30-50 cm，襯底與靶材的距離為3-5cm；激光能量密度為2-4J/cm²；沉積時襯底溫度為100-150℃，沉積室真空度為5×10^-5 Pa -7×10^-5Pa，沉積時間為30-60min。

本發明中，硅銻合金（Si_xSb_(1-x)）薄膜的物相由X射線衍射儀確定，為非晶結構。

本發明中，硅銻合金（Si_xSb_(1-x)）薄膜可直接制成鈉離子電池薄膜電極。