一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114678507A(43)申请公布日2022.06.28(21)申请号202210381666.0(22)申请日2022.04.12(71)申请人南昌大学共青城光氢储技术研究院地址332020江西省九江市共青城市高新区科技一大道66号科创园2号楼(72)发明人岳之浩徐国军周浪金晨鑫(74)专利代理机构北京众合诚成知识产权代理有限公司11246专利代理师王焕巧(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法，涉及新能源电池材料制备技术领域，包括以下步骤：将集流体装配到夹具上后置入管式炉中抽真空，通入惰性气体至常压后升温到反应温度，通入含硅反应气体生长二维层状硅薄膜，然后升温至反应温度，通入含碳反应气体生长二维层状碳层，最后往复循环生长多层硅/碳薄膜层得到多层硅/碳薄膜负极极片。本发明通过在集流体上原位生长硅层与碳层，免去了传统锂离子电池负极极片需要的匀浆、涂布和烘干等步骤，提高了生产效率；多层的硅/碳薄膜层能够有效缓解体积效应，提高循环寿命，同时多层结构能够提高面负载量；硅层通过掺杂提高了导电性，提升大倍率充放电性能。CN114678507ACN114678507A权利要求书1/1页1.一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将集流体装配到夹具上后置入管式炉中；S2、抽真空后通入惰性气体至常压；S3、升温至反应温度后，通入含硅反应气体，生长二维层状硅薄膜；S4、升温至反应温度后，通入含碳反应气体，生长二维层状碳层；S5、重复S3和S4制备多层硅/碳薄膜层。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S1中的集流体为铜箔、多孔碳膜或石墨膜中的一种。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S3中含硅反应气体为硅烷、氯硅烷中的一种。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S3中的含硅反应气体可加入磷烷、硼烷中的一种。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S3中的反应温度为500‑950℃。6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S3中的硅薄膜厚度为50‑500nm。7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S4中的含碳反应气体为甲烷、乙烯、乙炔中的一种或几种。8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S4中的反应温度为800‑1000℃；S4中的二维层状碳层为2‑50nm。9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片的制备方法，其特征在于，S5中的多层为1‑20层。10.一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片，其特征在于，采用权利要求1‑9任一项所述的制备方法制备得到。2CN114678507A说明书1/3页一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法技术领域[0001]本发明属于新能源电池材料制备技术领域，具体涉及一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法。背景技术[0002]目前，商业锂离子电池负极材料主要以石墨材料为主，其量产的质量比容量已经可以达到360mAh/g以上，接近理论质量比容量372mAh/g。而市场对高能量密度的需求愈发旺盛，这就亟需一种新型的高能量密度负极材料来代替石墨材料。[0003]硅材料具有4200mAh/g的理论质量比容量，而且其嵌锂电位在0.5V左右，更不易发生析锂的现象。但硅在脱/嵌锂的过程中会发生高达～300％的体积变化，破坏电极材料的稳定结构，并且暴露出的硅界面又会持续与电解液反应生产过厚的固体电解质界面层，这就造成电池性能的急速恶化。[0004]为了解决硅材料的体积效应导致的电化学性能差的问题，研究者采用了碳包覆、纳米化、合金化等多种途径来改善硅基负极材料的电化学性能，目前最成功的方案是纳米硅颗粒碳包覆制备硅碳负极材料。然而纳米硅材料极易团聚，很难通过机械的方式来分散开，同时石墨体系的粘结剂不适配匹配高体积变化的硅碳复合材料，需要更换粘结剂体系，这就制约了硅基材料的商业化推广。发明内容[0005]鉴于现有技术方案的不足，本发明提供一种锂离子电池多层硅/碳薄膜负极极片及其制备方法。[0006]