[發明專利]LiF/SiOx

在審

• 申請號: 202110505093.3
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113293376A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 顧欽
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C23C28/04
• 分類號: C23C28/04;C23C16/40;C23C16/50;C23C14/06;C23C14/35;H01M4/1391;H01M4/04;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本發明涉及一種LiF/SiO_x薄膜及其制備方法，其中制備方法包括：將純度大于99％的銅箔作為襯底裝載在等離子體增強化學氣相沉積的腔室內；對所述腔室抽真空，待所述蒸鍍腔體的真空度達到10^?4Pa，通入反應源氣體SiH₄和N₂O；調節射頻功率使反應源氣體變為等離子態并打在襯底上，進行鍍膜；鍍膜完成后關閉射頻裝置，停止抽真空，待冷卻至室溫取出SiO_x薄膜樣品；將SiO_x薄膜放入磁控濺射腔室內的基板上，并裝上LiF靶材；抽真空度至10^?4Pa，通入氬氣；調節射頻功率，將LiF濺射在SiO_x薄膜上；濺射完成后待冷卻至室溫取出制備的LiF/SiO_x薄膜材料。本申請制備的LiF/SiO_x薄膜材料具有循環穩定性好，放電容量高等優點，具有一定的商業前景。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，尤其是涉及一種LiF/SiO_x薄膜及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池的負極是影響電池性能的主要因素，而現如今開發代替石墨的高比容負極材料已經成為重中之重。而Si負極材料理論比容量高達4200mAh/g，其還具備儲量豐富、環境友好等優勢，因此被認為是極具潛力的下一代高能量密度鋰離子電池負極材料。但是硅負極材料在大規模應用中存在幾個問題亟待解決，首先是它在鋰化/脫鋰過程中較大的體積膨脹(約300％)，還有就是巨大的體積膨脹會破壞負極材料表面的SEI膜，使得材料表面會與電解液直接接觸，持續生長SEI膜。而SEI膜具備離子導通和電子絕緣的特性，SEI膜的反復生長使得粉化的硅二次顆粒絕緣，與集流器失去電接觸，有效活性物質質量減少，最終導致了儲鋰性能持續衰減。此外，Si作為半導體材料，本征電導率和鋰離子遷移系數都較低，因此Si負極倍率性能較差。

引入氧形成的SiO_x負極材料可以有效緩解這些問題。鋰化過程中SiO_x中的O與Li、Si反應生成了電化學惰性的Li₂O和Li₄SiO₄，其充當了機械緩沖矩陣，緩解了循環過程中SiO_x材料體積變化。

制備SiO_x材料的常見工藝主要為化學合成法,化學合成法的工藝步驟較為復雜，通常是利用球磨機將SiO粉末研細，再通過化學反應制備出不同結構的SiO_x材料，再在SiO_x材料中添加導電劑和粘結劑，最終制成SiO_x負極。這樣制備出的SiO_x薄膜不穩定，對工藝環境要求也高而且SiO_x薄膜的電化學性能優于Si負極，但是其首次庫倫效率較低，充放電的時候體積膨脹仍然有160％，就導致了其循環穩定性也不夠理想，制約了其商業化的應用。

發明內容

為解決上述問題，本發明嘗試用等離子體增強化學氣相沉積法制備SiO_x薄膜，

本申請提供一種的LiF/SiO_x薄膜的制備方法，包括如下步驟：

將純度大于99％的銅箔作為襯底裝載在等離子體增強化學氣相沉積的腔室內；對所述腔室抽真空，待所述蒸鍍腔體的真空度達到10^-4Pa，通入反應源氣體SiH₄和N₂O；調節射頻功率使反應源氣體變為等離子態并打在襯底上，進行鍍膜；鍍膜完成后關閉射頻裝置，停止抽真空，待冷卻至室溫取出SiO_x薄膜樣品；將SiO_x薄膜放入磁控濺射腔室內的基板上，并裝上LiF靶材；抽真空度至10^-4Pa，通入氬氣；調節射頻功率，將LiF濺射在SiO_x薄膜上；濺射完成后待冷卻至室溫取出制備的LiF/SiO_x薄膜材料。