[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于鋰電池的氮化錫/硅負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711013690.4
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107732213B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王飛蓉;許銀梅;汪濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳名飛遠(yuǎn)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/38
• 代理公司: 34142 合肥中博知信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張加寬<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明屬于新能源鋰電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種用于鋰電池的氮化錫/硅負(fù)極材料及其制備方法，所述的制備方法包括：(1)在片層狀的多晶硅片表面噴涂碳化硅粉末，形成高度為5?10μm的凸起結(jié)構(gòu)；(2)在步驟(1)的多晶硅表面沉積形成納米氮化錫薄膜；(3)施加包含四氟化碳、氮?dú)夂蜌鍤獾臍怏w混合物形成的高密度等離子體蝕刻步驟(2)中的多晶硅表面，即得所述的氮化錫/硅負(fù)極材料；本發(fā)明提供的氮化錫/硅負(fù)極材料，通過(guò)噴涂在多晶硅片表面的碳化硅顆粒及沉積形成的納米氮化錫薄膜形成了復(fù)合的骨架結(jié)構(gòu)，結(jié)合碳化硅具有較小的熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱性能良好，有效的減小了硅負(fù)極材料的體積效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源鋰電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)，涉及一種用于鋰電池的氮化錫/硅負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著時(shí)代的需求，鋰離子電池用負(fù)極材料的研究重點(diǎn)正朝著高比能量、高充放電效率、高循環(huán)性能和耐高倍率充放電的動(dòng)力型電池材料方向發(fā)展。2016年，我國(guó)發(fā)布的動(dòng)力電池能量密度硬性指標(biāo)，根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》，2020年純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池的能量密度目標(biāo)為350W·g/kg。

為了滿足新一代的能源需求，開(kāi)發(fā)新型的鋰電池負(fù)極材料迫在眉睫。硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li₁₅Si₄相，理論比容量高達(dá)3572mA·h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨理論比容量(372mA·h/g)，在地殼元素中儲(chǔ)量豐富(26.4％，第2位)，成本低，環(huán)境友好，因而硅負(fù)極材料一直備受科研人員的關(guān)注，是最具有潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。然而，硅在充放電過(guò)程中存在嚴(yán)重的體積膨脹(～300％)，巨大的體積效應(yīng)及較低的電導(dǎo)率限制了硅負(fù)極技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。為了克服這些缺陷，研究者進(jìn)行了大量的常識(shí)，采用復(fù)合化技術(shù)，利用“緩沖骨架”抑制材料的體積膨脹。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于鋰電池的氮化錫/硅負(fù)極材料的制備方法，減小硅負(fù)極材料的體積效應(yīng)，提高鋰電池的電化學(xué)性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于鋰電池的氮化錫/硅負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)在片層狀的多晶硅片表面噴涂碳化硅粉末，形成高度為5-10μm的凸起結(jié)構(gòu)；

(2)在步驟(1)的多晶硅表面沉積形成納米氮化錫薄膜；

(3)施加包含四氟化碳、氮?dú)夂蜌鍤獾臍怏w混合物形成的高密度等離子體蝕刻步驟(2)中的多晶硅表面，即得所述的氮化錫/硅負(fù)極材料。

通過(guò)在片層狀的多晶硅片表面噴涂碳化硅粉末，然后沉積納米氮化錫薄膜，形成一層具有膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱性能良好的碳化硅/氮化錫骨架結(jié)構(gòu)；利用等離子體的尖端放電效應(yīng)，將多晶硅片表面的凸起部分燒蝕，在氮化錫表面形成網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，增加鋰離子脫嵌通道，提高負(fù)極材料的首次放電比容量；同時(shí)，本發(fā)明中的碳化硅和氮化錫的疊合層能有效的減小硅負(fù)極材料的體積效應(yīng)，避免出現(xiàn)硅負(fù)極材料的剝落現(xiàn)象。

根據(jù)本發(fā)明，為了減小硅負(fù)極材料的體積效應(yīng)，在多晶硅表面噴涂碳化硅粉末，而碳化硅粉末的覆蓋率過(guò)大必然會(huì)減少鋰離子的脫嵌通道，降低鋰電池的電化學(xué)性能，而碳化硅粉末的覆蓋率過(guò)低在不易供氮化錫附著并利用等離子體的尖端放電形成網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中所述的碳化硅粉末在多晶硅表面的覆蓋率為30-50％。

為了確保噴涂的碳化硅粉末具有良好的附著效果，優(yōu)選的，對(duì)本發(fā)明中所述的片層狀的多晶硅片進(jìn)行清洗，采用檸檬酸溶液清除多晶硅片表面的油污，然后將多晶硅片烘干待噴涂。