[發明專利]一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202010352714.4
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111584828A
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 岳之浩;周浪;徐國軍;黃海賓;尹傳強
• 申請（專利權）人: 江西昌大高新能源材料技術有限公司
• 主分類號: H01M4/1395
• 分類號: H01M4/1395;H01M4/134;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 許瑩瑩

本發明公開了一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構的制備方法，(1)首先在銅箔表面制備一層硅薄膜；(2)然后在硅薄膜表面制備一層均勻分布的金屬顆粒；(3)接著依次重復步驟(1)和步驟(2)n次；(4)最后將上述制備的材料置于保護氣氛中進行界面合金化熱處理。本發明還公開了一種采用上述方法制備得到的鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構。本發明的硅薄膜負極結構可通過金屬顆粒和合金界面的作用提升硅薄膜負極的導電性以及銅箔和硅薄膜之間、金屬顆粒和硅薄膜之間的結合力，從而提高其倍率性能并避免硅薄膜和金屬發生分離。本發明的硅薄膜負極結構可望同時具備優異的倍率特性、循環穩定性以及高的比容量。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構及其制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池已得到廣泛應用，主要原因是其具有能量密度高、功率密度高、循環性能好、環境友好以及結構多樣化等優異特性。在鋰離子動力電池的發展需求方面，要求負極材料具有高容量、長壽命、高首效以及快速率充放電等特點。現有的石墨負極材料的理論容量為372mAh/g，其中商業化石墨負極產品已達355mAh/g左右，基本已無提升空間。硅作為鋰離子電池負極材料的理論容量可達4200mAh/g左右，且硅在地殼中的含量豐富，僅次于氧，因此成為研究熱點。但是，硅材料巨大的儲鋰膨脹效應和導電性差的問題限制了其充放電性能的發揮，導致仍無法大規模應用。近期研究發現，在集流體表面直接制備硅薄膜作為負極可有效緩解其膨脹效應，同時無需使用導電劑和粘結劑，從而節省了這部分成本。但是，由于硅薄膜的導電性仍較差，其高倍率下的充放電性能仍不盡人意。

發明內容

針對現有技術中的不足與難題，本發明旨在提供一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構及其制備方法。

本發明通過以下技術方案予以實現：

本發明還提供了一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構的制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)，在銅箔表面制備一層硅薄膜；

步驟(2)，在硅薄膜表面制備一層均勻分布的金屬顆粒；

步驟(3)，依次重復步驟(1)和步驟(2)n次；

步驟(4)，將上述制備的材料置于保護氣氛中進行界面合金化熱處理。

進一步地，步驟(1)中制備硅薄膜的方法為化學氣相沉積法或物理氣相沉積法；

進一步地，單層硅薄膜的厚度為10-5000nm；

進一步地，步驟(2)中制備金屬顆粒的方法為物理氣相沉積法或金屬輔助化學腐蝕法；

進一步地，金屬顆粒為銀或銅或金或鉑顆粒；

進一步地，金屬顆粒的粒徑為5-500nm且小于單層硅薄膜的厚度；

進一步地，步驟(3)中重復次數n為1-100。

本發明提供了一種鋰離子電池硅/金屬復合薄膜負極結構，采用如本文所述方法制備得到。

與現有技術相比，本發明有益效果包括：

(1)本發明中硅薄膜負極結構可通過金屬顆粒和合金界面的雙重作用二次提升硅薄膜負極的導電性，從而提升其高倍率性能；并可通過銅箔和硅薄膜之間以及金屬顆粒和硅薄膜之間的合金界面來提升它們之間的結合力，從而避免硅薄膜從銅箔上脫落以及避免金屬顆粒與硅薄膜發生分離；同時，多層復合結構可使金屬顆粒能均勻分布于硅薄膜的內部和表面，一定程度上保證其結構一致性。

(2)本發明中所述的硅薄膜負極結構可望同時具備優異的倍率特性、循環穩定性以及高的比容量。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。