CN101986447A - 一种锂离子电池高能复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池高能复合负极材料及其制备方法，该负极材料使用碳材料作为基体，在碳材料的表面制备非晶硅薄膜。本发明制备的负极材料容量大于2000mAh/g，500周期衰减小于3％。

Description

一种锂离子电池高能复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池高能复合负极材料及其制备方法，特别是涉及在碳材料表面制备非晶硅薄膜的材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池自1990年开发成功以来，由于它具有比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电低、循环寿命长，无污染、安全性能好等优势，现已广泛的应用于移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等的电源，并已在航空、航天、航海、人造卫星、小型医疗仪器及军用通讯设备领域中逐渐替代传统的电池。
碳材料是目前商品化锂离子电池广泛使用的负极材料，但其理论容量仅为372mAh/g，因此探求新型高比容量、循环性能好的锂离子电池负极材料成为目前研究的热点。
硅具有比碳高近10倍的理论比容量(4010mAh/g)和接近碳材料的吸锂电位，因此成为锂离子电池负极材料的一个主要研究方向。但是硅体积膨胀率高达297％(碳的仅为12％)，如此大的膨胀率，导致在电化学嵌入和脱嵌锂的过程中活性物质急速粉化，活性物质颗粒之间和活性材料与集流体之间的导电性显著降低，从而使电极寿命急速衰减。
发明内容
为了缓解硅材料本身较大的体积膨胀，本发明使用碳材料作为基体，在碳材料的表面制备非晶硅薄膜，制备了一种高能锂离子电池负极材料。
所述的碳材料为碳纳米管、碳纤维、天然石墨、人造石墨、焦炭、树脂碳的一种。
所述的非晶硅薄膜厚度为200nm-2um。
所述负极材料的制备方法采用磁控溅射法将非晶硅溅射在碳材料的表面，其条件为：采用磁控溅射镀膜机，以单晶硅为靶材，控制真空度1×10-5～1×10-3Pa，采用功率为30W的直流电源，以高纯氩气为工作气体，溅射2-10小时。
本发明制备的负极材料容量大于2000mAh/g，500周期衰减小于3％。
具体实施方式
实施例一：
采用磁控溅射镀膜机，以单晶硅为靶材，控制真空度1×10-5Pa，采用功率为30W的直流电源，以高纯氩气为工作气体，在碳纤维上溅射10小时，非晶硅薄膜厚度为1um。
此负极材料容量为2012mAh/g，500次循环衰减为2.8％。
实施例二：
采用磁控溅射镀膜机，以单晶硅为靶材，控制真空度1×10-3Pa，采用功率为30W的直流电源，以高纯氩气为工作气体，溅射5小时，非晶硅薄膜厚度为0.5um。
此负极材料容量为2153mAh/g，500次循环衰减为2.5％。
实施例三：
采用磁控溅射镀膜机，以单晶硅为靶材，控制真空度1×10-4Pa，采用功率为30W的直流电源，以高纯氩气为工作气体，溅射10小时，非晶硅薄膜厚度为2um。
此负极材料容量为2020mAh/g，500次循环衰减为2％。

Claims (5)

1.一种锂离子电池高能复合负极材料，其特征在于：所述的负极材料采用碳材料为基体，在碳材料表面制备非晶硅薄膜。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能复合负极材料，其特征在于：所述的负极材料容量大于2000mAh/g，500周期衰减小于3％。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能复合负极材料，其特征在于：所述的碳材料为碳纳米管、碳纤维、天然石墨、人造石墨、焦炭、树脂碳的一种。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能复合负极材料，其特征在于：所述的非晶硅薄膜厚度为200nm-2um。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池高能复合负极材料，其特征在于：所述负极材料的制备方法采用磁控溅射法将非晶硅溅射在碳材料的表面，其条件为：采用磁控溅射镀膜机，控制真空度1×10-5～1×10-3Pa，采用功率为30W的直流电源，以高纯氩气为工作气体，溅射2-10小时。
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