[發明專利]二氧化錫?氧化亞鈷復合薄膜材料、鋰電池及制備方法

在審

• 申請號: 201710319311.8
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107275585A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 李強;李山東;王霞;徐潔;趙國霞;滕曉玲;商顯濤;董鵬;唐湛鴻;李曉
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/525;H01M10/0525;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司11640
• 代理人: 宋濤

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別是涉及一種二氧化錫-氧化亞鈷復合薄膜材料、鋰電池及制備方法。

背景技術

鋰離子電池是一種新型高效的化學電源，具有能量密度大、循環壽命長、工作電壓高、無記憶效應、自放電小和工作溫度范圍寬等優點，是當今各種便攜式電子產品的理想化學電源，也是未來電動汽車優選動力電源，具有廣闊的應用空間和經濟價值。

鋰離子電池通常由正極、負極和電解液組成。當對鋰離子電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動到負極，到達負極的鋰離子嵌入負極中，其中嵌入負極的鋰離子數量越多，充電容量越高；當對鋰離子電池放電時，嵌在負極中的鋰離子脫離，經過電解液回到正極，其中回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。也就是說，鋰離子電池中負極材料的容量性能對鋰離子電池的能量密度具有重要的影響。

二氧化錫(SnO₂)作為鋰離子電池的負極材料，其理論容量(782mAh/g),是目前最有商業化前景的碳材料替代材料之一。但是工作過程中，錫基電極(由二氧化錫材料組成的電極)存在鋰金屬化和脫合金化，由于鋰金屬化和脫合金化過程中伴隨著巨大的體積膨脹和收縮，使得錫基電極產生嚴重的機械應變，最終導致錫基電極產生裂紋或者粉化。

發明內容

本發明實施例中提供了一種一種二氧化錫-氧化亞鈷復合薄膜材料、鋰電池及制備方法，以解決現有技術中由于錫基電極的鋰金屬化和脫合金化使得錫基電極產生嚴重的機械應變，最終導致錫基電極產生裂紋或者粉化的問題。

第一方面，本發明實施例提供了一種二氧化錫-氧化亞鈷復合薄膜材料，包括間隔設置的二氧化錫層和氧化亞鈷層；

其中，所述二氧化錫層和氧化亞鈷層間隔設置，單層所述二氧化錫層或氧化亞鈷層的厚度為2nm-50nm，所述二氧化錫層或氧化亞鈷層的總層數為20-100。

優選地，任意兩層二氧化錫層的厚度相等；和/或，任意兩層氧化亞鈷層的厚度相等。

優選地，任意一層二氧化錫層和任意一層氧化亞鈷層的厚度相等。

第二方面，本發明實施例提供了一種鋰電池，所述鋰電池的負極采用上述第一方面所述的復合薄膜材料。

第三方面，本發明實施例提供了一種二氧化錫-氧化亞鈷復合薄膜材料的制備方法，采用激光脈沖沉積設備，所述方法包括：

將靶材和基片放置在激光脈沖沉積腔中，所述靶材包括純度為99.9％的二氧化錫和氧化亞鈷；

對所述激光脈沖沉積腔抽真空，當所述激光脈沖沉積腔內的真空度為1×10^-5Pa時，通入高純氧氣，調節氧氣壓強至0.1-1Pa；

將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片上，交替20-100個沉積周期；

其中，在每個沉積周期內，二氧化錫的沉積厚度為2nm-50nm，氧化亞鈷的沉積厚度為2nm-50nm。

優選地，所述將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片上，包括：

將基片溫度設置為室溫，將所述激光脈沖沉積設備的激光脈沖能量密度設置為30J·cm²；

分別按照0.02nm/s和0.03nm/s的沉積速率將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片。

第四方面，本發明實施例提供了一種二氧化錫-氧化亞鈷復合薄膜材料的制備方法，采用磁控濺射儀，所述方法包括：

將靶材和基片放置在磁控濺射沉積腔中，所述靶材包括純度為99.9％的金屬鋅和金屬鈷；

對所述磁控濺射沉積腔抽真空，當所述磁控濺射沉積腔內的真空度為1×10^-5Pa時，通入氬氣和氧氣，調節總壓強至0.3-5Pa；

將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片上，交替20-100個沉積周期；

其中，在每個沉積周期內，二氧化錫的沉積厚度為2nm-50nm，氧化亞鈷的沉積厚度為2nm-50nm。

優選地，所述將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片上，包括：

將基片溫度設置為室溫，將所述磁控濺射儀的電源功率調節至70W；

分別按照0.02nm/s和0.03nm/s的沉積速率將二氧化錫和氧化亞鈷交替沉積在所述基片。

優選地，所述氬氣和氧氣的分壓比為1:1-1:3。