硅基电极及其制作工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106033808A(43)申请公布日2016.10.19(21)申请号201510115594.5(22)申请日2015.03.17(71)申请人石东益地址中国台湾新竹市东区民权路15号10楼申请人杜正恭陈秉宏(72)发明人石东益杜正恭刘伟仁陈秉宏庄上毅(74)专利代理机构上海申新律师事务所31272代理人吴俊(51)Int.Cl.H01M4/1395(2010.01)H01M4/134(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称硅基电极及其制作工艺(57)摘要本发明揭露一种硅电极的制作工艺，其步骤包括:提供导电基板；于导电基板上形成硅层；以及对硅层的表面执行等离子体改质步骤，其中等离子体改质步骤是将多个原子掺杂于硅层的表面，且于表面形成原子掺杂层。本发明还揭露一种硅电极，包括导电基板、于导电基板上设置表面具有原子掺杂层的硅层、以及设置在原子掺杂层上的有机保护膜层，其中在硅层的表面的原子掺杂层中的原子为氮、磷、硼或者上述任意组合。硅层由硅基材料、黏着剂及助导剂所组成，藉由在硅层表面的原子掺杂层，可以抑制界面反应层的形成，藉此可以提升硅电极的电容量以及循环寿命。CN106033808ACN106033808A权利要求书1/1页1.一种硅基电极的制作工艺，其特征在于，包括:提供导电基板；形成硅层于所述导电基板上；以及对所述硅层的表面执行等离子体改质步骤，所述等离子体改质步骤是将多个原子掺杂于所述硅层的所述表面，且于所述表面形成原子掺杂层。2.如权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，形成所述硅层于所述导电基板上的手段为涂布法。3.如权利要求2所述的制作工艺，其特征在于，所述涂布法包括网印(screenprinting)、旋转涂布法(spincoating)、棒状涂布法(barcoating)、刮刀涂布法(bladecoating)、滚筒涂布法(rollercoating)或者浸渍涂布法(dipcoating)。4.如权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，所述等离子改质步骤的处理功率范围在10-1000瓦(W)之间、处理次数范围在一次至数百次之间、与电浆反应器之间的距离范围在0.3公分至1公分之间及处理时间范围在1秒到1小时之间。5.如权利要求1所述的制作工艺，其特征在于，所述等离子体改质步骤中掺杂的的气体源为氮气、氨气、空气中的气体分子或者上述任意组合，且所述原子掺杂层的原子掺杂量介于0.23-1.12atom％之间。6.一种硅基电极，其特征在于，包含:导电基板；于表面具有原子掺杂层的硅层，设置在所述导电基板上；以及有机保护膜层，设置在所述原子掺杂层上。7.如权利要求6所述的硅基电极，其特征在于，在所述硅层的所述表面的所述原子掺杂层中的原子为氮、氨、空气中的气体分子或者上述任意组合，且所述原子掺杂层的原子掺杂量介于0.23-1.12atom％之间。8.如权利要求6所述的硅基电极，其特征在于，所述硅层包含硅基材料、黏着剂及助导剂。9.如权利要求8所述的硅基电极，其特征在于，所述硅基材料为单晶硅、多晶硅、纳米硅或回收硅材。10.如权利要求8所述的硅基电极，其特征在于，所述黏着剂为水系复合增黏剂、有机增黏剂或者是上述的组合。2CN106033808A说明书1/6页硅基电极及其制作工艺技术领域[0001]本发明有关于一种硅基电极，特别是一种硅基电极的制作工艺。背景技术[0002]近数十年来，由于智能型手机、电动车等电子产品急剧发展，电池续航力以及充放电速度成为锂电池储能装置的技术发展的主要课题。换句话说，高能量密度以及快速充放电性能的电极材料为目前主要发展方向，其中具有高能量密度的负极电极材料为硅基底。然而，若欲使用硅作为锂离子电池负极材料，仍有几项需要克服的问题:(1)充电时，锂离子与硅形成锂合金时，致使硅在充电过程中，体积将膨胀至原有体积的三到四倍，此剧烈的体积膨胀易造成负极电极板崩解，从而降低锂离子电池的循环使用寿命。(2)于充放电过程中，电解液与电极片之间因化学反应产生固体电解质界面膜(SEI,SolidElectrolyteInterface)，进而造成电性的不可逆以及循环寿命减低。一般来说，若欲抑制硅基电池的体积膨胀系数，大多以纳米维度的硅颗粒并混入不同种类或是不同形貌的碳源，例如沥青、各种醣类或是石墨烯或是纳米碳管等。而若欲抑制固体电解质界面膜的产生则是于电解液中加入电解液添加剂或于电极片上涂布、镀制保护膜来达到隔绝、抑制反应与减低界面阻抗的效果。[0003]以台湾发明专利公开第201340449号为例，其披露一种锂电池负极架构设计，包括集电体及涂布于该集电体上的负极活性材料层，并于负极