[發(fā)明專利]Si-P膜層材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911354017.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN111118565B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周瓊宇;李媛媛;王小芬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C25D9/04
• 分類號(hào): C25D9/04;C25D5/24;C25D5/18;H01M4/38;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 朱繼超

本發(fā)明公開了一種Si?P膜層材料的制備方法，包括步驟：將乙腈與四乙基氯化銨混合制成基礎(chǔ)電解液，加入硅源和磷源后進(jìn)行電沉積，從金屬Ni基底電極表面即可獲得所述Si?P膜層材料。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有優(yōu)點(diǎn)：利用操作簡(jiǎn)單易于控制的電沉積技術(shù)，在電極的Ni鍍層表面實(shí)現(xiàn)P、Si的共同沉積，在實(shí)現(xiàn)Si膜層與Ni結(jié)構(gòu)緊密包覆的同時(shí)完成P元素?fù)诫s，最終實(shí)現(xiàn)用電沉積的方法獲得可作為鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極的電化學(xué)性能優(yōu)異的Si?P膜層材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電氣元件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Si-P膜層材料的制備方法。

背景技術(shù)

全球性的能源短缺和環(huán)境危機(jī)產(chǎn)生以來，人們對(duì)可再生能源的需求日益迫切。鋰離子電池作為新一代的清潔、環(huán)保、可再生二次能源，由于具有可逆容量高、工作電位高、自放電小以及工作溫度范圍寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，已引起了高度的關(guān)注。目前對(duì)鋰離子電池的研究主要集中在正極材料的開發(fā)、應(yīng)用及改性等方面，而對(duì)同樣決定著鋰離子電池性能的負(fù)極材料的研究相對(duì)較少而略顯滯后。因此，高容量負(fù)極材料的研究和開發(fā)將是提升鋰離子動(dòng)力電池性能的關(guān)鍵因素之一。

近年來報(bào)道了Sn、Sb、Si等多種極具發(fā)展前景的新型負(fù)極材料，其中Si材料的理論容量高達(dá)4200mAh/g，是目前儲(chǔ)鋰容量最高的材料。因此Si被認(rèn)為是最理想的鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料之一。迄今為止Si材料并沒有得到大規(guī)模廣泛應(yīng)用，其主要原因是：Li⁺嵌入Si的過程中，滿電狀態(tài)下形成Li₂₂Si₅合金相，Si材料的體積變化達(dá)到300％以上，巨大的體積效應(yīng)將使電極粉化并從集流體上脫落，喪失了與集流體的電接觸。此外Si粉化也將導(dǎo)致其循環(huán)性能迅速下降。因此降低Si負(fù)極材料因體積效應(yīng)所造成的不利影響，改善其循環(huán)性能是Si材料在鋰離子電池中獲得應(yīng)用首要條件。通過降低Si材料的維度，可以在特定方向上降低(或消除)對(duì)Si縮脹的約束，釋放因體積變化所造成的應(yīng)力，進(jìn)而有效控制(或消除)體積效應(yīng)所造成的不利影響。

Si本身是半導(dǎo)體材料，電導(dǎo)率低，僅有6.7×10^-4S/cm，電子傳導(dǎo)能力弱。為了解決Si作為負(fù)極材料時(shí)自身導(dǎo)電性差的問題，人們大多使用微量V族元素對(duì)Si進(jìn)行摻雜，構(gòu)造出一種均勻連續(xù)的n型Si半導(dǎo)體。

P是一種應(yīng)用十分廣泛的n-Si摻雜劑。根據(jù)量子化學(xué)理論，P替代Si的摻雜屬非等電荷摻雜，會(huì)產(chǎn)生多余的電荷參與導(dǎo)電，使導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子增多。同時(shí)由于P摻雜的引入，Si微晶活性嵌鋰中心的電接觸性能也得以提高，Si的導(dǎo)電能力隨之增強(qiáng)。在現(xiàn)有的研究中一般采用真空蒸鍍或磁控濺射的方式制備n-Si膜層，其原料多為事先經(jīng)過P摻雜處理而獲得的n-Si材料。由于制備過程對(duì)原料施加高能作用來獲得膜層的方法，這便會(huì)使得膜層中P的摻雜量下降，導(dǎo)致整體導(dǎo)電能力變?nèi)酢?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供一種Si-P膜層材料的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問題，至少提供一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。

為解決避免真空蒸鍍或磁控濺射等膜層制備過程導(dǎo)致原料中的P元素的流失，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種Si-P膜層材料的制備方法，包括步驟：將乙腈與四乙基氯化銨混合制成基礎(chǔ)電解液，加入硅源和磷源后進(jìn)行電沉積，從金屬Ni基底電極表面即可獲得所述Si-P膜層材料。

優(yōu)選地，所述硅源選自三氯氫硅、四氯化硅、三溴氫硅或四溴化硅。進(jìn)一步，所述三氯氫硅的濃度為2.5～8mol/L；所述四氯化硅的濃度為0.5～5mol/L；所述三溴氫硅的濃度為2～5mol/L；所述四溴化硅的濃度為1～10mol/L。

優(yōu)選地，所述磷源選自三氯化磷、氯化磷、三溴化磷或五溴化磷。進(jìn)一步，所述三氯化磷的濃度為2.5～5mol/L；所述氯化磷的濃度為2～10mol/L；所述三溴化磷的濃度為1～6mol/L；所述五溴化磷的濃度為0.5～10mol/L。