CN111916657A - 一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，(1)将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；(2)采用磁控溅射法在铜箔表面制备一层氧化亚硅薄膜；(3)采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层金属颗粒；(4)依次重复步骤(2)和步骤(3)n次。本发明还公开了一种采用上述方法制备得到的氧化亚硅/金属复合薄膜负极。本发明首次提出采用歧化后的氧化亚硅粉体制成靶材并利用磁控溅射法制备歧化后的氧化亚硅薄膜负极，该方法的氧化亚硅薄膜负极结构可通过薄膜结构缓解其储锂体积膨胀效应，并利用金属颗粒提升氧化亚硅薄膜负极的导电性，从而提升其倍率性能。本发明中的负极结构具备优异的倍率特性、循环稳定性以及高的比容量。

Description

一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极及其制备方法。
背景技术
目前，锂离子电池已得到广泛应用，主要原因是其具有能量密度高、功率密度高、循环性能好、环境友好以及结构多样化等优异特性。在锂离子动力电池的发展需求方面，要求负极材料具有高容量、长寿命、高首效以及快速率充放电等特点。现有的石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，其中商业化石墨负极产品已达355mAh/g左右，基本已无提升空间。硅材料因其4200mAh/g的理论储锂比容量而备受关注，但其严重的储锂膨胀效应导致硅负极材料无法实现规模化生产和应用。近期研究发现，硅薄膜负极结构可在一定程度上缓解其膨胀效应，且该结构无需使用导电剂和粘结剂，从而节省了这部分成本。但是，因其是纯硅负极材料，储锂膨胀效应的缓解仍不尽如人意。众所周知，歧化后的氧化亚硅材料因其内部二氧化硅的存在从而比硅材料具有更小的储锂膨胀效应。参考硅负极材料，薄膜型比颗粒型的储锂膨胀效应会小很多，但由于氧化亚硅气态源的问题，并不能像制备硅薄膜一样直接通过热解气态硅源而获得氧化亚硅薄膜。同时氧化亚硅导电性差的问题也是一直存在的。
发明内容
针对现有技术中的不足与难题，本发明旨在提供一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极及其制备方法。
本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；
步骤(2)，采用磁控溅射法在铜箔表面制备一层氧化亚硅薄膜；
步骤(3)，采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层金属颗粒；
步骤(4)，依次重复步骤(2)和步骤(3)n次。
进一步地，单层氧化亚硅薄膜的厚度为10-5000nm。
进一步地，金属颗粒的粒径小于单层氧化亚硅薄膜的厚度。
进一步地，步骤(4)所述重复次数n为1-100。
本发明还提供了一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极，采用上述方法制备得到。
与现有技术相比，本发明有益效果包括：
(1)本发明首次提出采用歧化后的氧化亚硅粉体制成靶材并利用磁控溅射法制备歧化后的氧化亚硅薄膜负极，该方法中的靶材制备和磁控溅射过程不会影响氧化亚硅材料的性质。
(2)相对于氧化亚硅颗粒负极材料，本发明中所述氧化亚硅薄膜负极因其薄膜结构可有效缓解其储锂体积膨胀效应；所述的金属颗粒可有效提升氧化亚硅薄膜负极的导电性，从而提升其倍率性能；另外，多层复合结构可使金属颗粒能均匀分布于氧化亚硅薄膜的内部和表面，一定程度上保证其结构一致性。
(3)本发明中所述的氧化亚硅薄膜负极结构可望同时具备优异的倍率特性、循环稳定性以及高的比容量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图示说明：1-铜箔，2-氧化亚硅薄膜，3-金属颗粒。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极结构的制备方法，包含以下步骤：
(1)首先将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；(2)然后采用磁控溅射法在铜箔1表面制备一层厚度为10nm的氧化亚硅薄膜2；(3)接着采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层粒径为2nm的铜颗粒3；(4)最后依次重复步骤(2)和步骤(3)100次；
所制备的氧化亚硅薄膜负极结构如图1所示，其首次放电容量为1900mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为90％，2C循环500次容量保持率为85％。
实施例2
一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极结构的制备方法，包含以下步骤：
(1)首先将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；(2)然后采用磁控溅射法在铜箔1表面制备一层厚度为5000nm的氧化亚硅薄膜2；(3)接着采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层粒径为100nm的银颗粒3；(4)最后依次重复步骤(2)和步骤(3)1次；
所制备的氧化亚硅薄膜负极如图1所示，其首次放电容量为1600mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为86％，2C循环500次容量保持率为83％。
实施例3
一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极结构的制备方法，包含以下步骤：
(1)首先将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；(2)然后采用磁控溅射法在铜箔1表面制备一层厚度为100nm的氧化亚硅薄膜2；(3)接着采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层粒径为10nm的金颗粒3；(4)最后依次重复步骤(2)和步骤(3)10次；
所制备的氧化亚硅薄膜负极如图1所示，其首次放电容量为1750mAh/g，0.2C循环500次容量保持率为89％，2C循环500次容量保持率为84％。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，将歧化后的氧化亚硅粉体压制成靶材；
步骤(2)，采用磁控溅射法在铜箔表面制备一层氧化亚硅薄膜；
步骤(3)，采用磁控溅射法在氧化亚硅薄膜表面制备一层金属颗粒；
步骤(4)，依次重复步骤(2)和步骤(3)n次。
2.根据权利要求1所述的氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，其特征是所述的单层氧化亚硅薄膜的厚度为10-5000nm。
3.根据权利要求1所述的氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，其特征是所述金属颗粒的粒径小于单层氧化亚硅薄膜的厚度。
4.根据权利要求1所述的氧化亚硅/金属复合薄膜负极的制备方法，其特征是步骤(4)所述重复次数n为1-100。
5.一种氧化亚硅/金属复合薄膜负极，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的制备方法制备得到。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1781200A (zh) * 2003-04-28 2006-05-31 住友钛株式会社 锂蓄电池用负极、锂蓄电池、成膜材料和负极的制造方法
CN101048894A (zh) * 2004-10-25 2007-10-03 住友钛株式会社 锂蓄电池用负极的制造方法
CN104701501A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 奇瑞汽车股份有限公司 锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池
JP2016091723A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人鳥取大学 ナトリウムイオン二次電池用負極およびその製造方法並びにナトリウムイオン二次電池
CN106601997A (zh) * 2016-11-24 2017-04-26 天津大学 一种在负极集流体材料上激光溅射沉积渔网状SiOx薄膜的制备方法
WO2019163967A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 国立研究開発法人産業技術総合研究所 積層体とその製造方法
CN111403688A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 河南电池研究院有限公司 一种锂离子固态电池锂负极及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1781200A (zh) * 2003-04-28 2006-05-31 住友钛株式会社 锂蓄电池用负极、锂蓄电池、成膜材料和负极的制造方法
CN101048894A (zh) * 2004-10-25 2007-10-03 住友钛株式会社 锂蓄电池用负极的制造方法
CN104701501A (zh) * 2013-12-06 2015-06-10 奇瑞汽车股份有限公司 锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池
JP2016091723A (ja) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人鳥取大学 ナトリウムイオン二次電池用負極およびその製造方法並びにナトリウムイオン二次電池
CN106601997A (zh) * 2016-11-24 2017-04-26 天津大学 一种在负极集流体材料上激光溅射沉积渔网状SiOx薄膜的制备方法
WO2019163967A1 (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 国立研究開発法人産業技術総合研究所 積層体とその製造方法
CN111403688A (zh) * 2020-03-31 2020-07-10 河南电池研究院有限公司 一种锂离子固态电池锂负极及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WOOK JS 等: ""LiCoo2/Ag multilayer film cathodes for thin-film rechargeable lithium batteries"", 《JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY》 *
XIAOLU MENG 等: ""Influences of oxygen content on the electrochemical performance of a SiOx thin film anodes"", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 *

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