[發明專利]一種鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810593865.1
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN108807898B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 丘煥山
• 申請（專利權）人: 信豐永冠塑電科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/485;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/0525
• 代理公司: 贛州捷信協利專利代理事務所(普通合伙) 36141
• 代理人: 劉花

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括：(1)清洗硅基底，分別以錫靶和鎳靶為靶材，在硅基底上沉積一層氧化錫和鎳金屬；(2)以甲烷為輔助氣體，采用超音速火焰噴涂的方式將金剛石粉與鋁粉的混合物噴涂到步驟(1)的硅基底表面，得到用于鋰離子電池的負極材料；本發明通過在硅基底表面依次沉積氧化錫和鎳金屬，接著以甲烷作為輔助氣體，將金剛石粉和鋁粉噴涂在依次沉積有氧化錫和鎳金屬的硅基底表面，解決了硅基底和氧化錫的電子導電率較低的問題；同時，金剛石具有優異的剛性，抑制硅基底和氧化錫在嵌脫鋰過程中存在的體積效應，提高鋰離子電池的充放電性能和使用壽命。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

隨著經濟的高速發展，人類面臨著能源危機和環境污染的嚴峻挑戰，世界各國都不斷尋求更加清潔環保的綠色能源。其中，鋰離子電池由于其具有能量密度高、電壓高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應、放電電壓穩定、充放電快速和環保等優點，被廣泛應用于動力電池領域。鋰離子電池的正極材料研究相對較多，無論從材料種類的選擇還是改性方面都達到了較高的水平，隨著正極材料的發展，特別是在動力電池中的應用，現有的以碳為主的負極材料越來越不適應發展的需要。負極材料作為儲鋰的主體，其容量和穩定性是影響性能的關鍵。

目前，市場上的鋰離子電池主要采用石墨或改性石墨作為負極材料。然而，石墨的理論嵌鋰最大容量僅為372mAh/g，且首次不可逆損失大，倍率放電性能差；另外，在鋰離子嵌入時，電解液中的部分溶劑也會跟隨嵌入，容易發生結構的變化，顯然難以滿足鋰離子電池大功率、高容量的要求。因此，在鋰離子電池材料技術領域，負極材料的更新換代顯得更為迫切。

未來的鋰離子電池負極材料必須向高容量方向發展，才能解決現有鋰離子電池能量密度低的問題。硅材料是一種具有超高比容量(理論容量達到4200mAh/g)的負極材料，是傳統碳系材料容量的十余倍，且放電平臺與之相當，因此被視為下一代鋰離子電池負極材料的首選。然而，純硅在充放電過程中會發生巨大的體積變化(體積膨脹率300％)，導致其粉化，進而影響到電池的安全性；另一方面，純硅的電子導電率較低，難以提升鋰離子電池的大電流充放電能力。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，制備得到的負極材料能夠有效抑制硅在鋰脫嵌時帶來的體積變化，通過在硅基底表面生成的碳納米管確保較高的導電率，滿足鋰離子電池大電流充放電的要求。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)清洗硅基底，分別以錫靶和鎳靶為靶材，在硅基底上沉積一層氧化錫和鎳金屬；

(2)以甲烷為輔助氣體，采用超音速火焰噴涂的方式將金剛石粉與鋁粉的混合物噴涂到步驟(1)的硅基底表面，得到用于鋰離子電池的負極材料。

優選的，在硅基底清洗干凈后，將硅基底置于沉積室中，在惰性氣體的存在下，打開偏壓電源，用惰性氣體的等離子體對硅基底進行濺射清洗；

所述濺射清洗的工藝參數為，電源功率30kW；沉積室壓強為2～5Pa，對基底施加的負偏壓為-600V，所述偏壓占空比為50％，濺射清洗的時間為10～20min。

優選的，步驟(1)中，所述氧化錫的沉積厚度為1～5μm、鎳金屬的沉積厚度為0.5～1μm。

優選的，所述的步驟(2)中，所述超音速火焰噴涂的噴涂參數為，采用氧氣作為助燃氣，氫氣作為燃氣，氮氣作為送粉氣體；