[发明专利]一种硅基三维微电池纳米电极结构

权利要求书

1.一种硅纳米柱阵列，其特征在于，组成该阵列的硅纳米柱为下大上小的瓶状，直径50-500nm，高度700nm-5μm，柱间距为100nm-400nm。

2.如权利要求1所述的一种硅纳米柱阵列，其特征在于：所述的硅纳米柱，其横截面为六角形，瓶身高度为500nm-3μm，直径为150nm-500nm，瓶颈高度为200nm-2μm，直径50nm-200nm，且瓶颈直径为瓶身的1/3-2/3。

3.一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于：其包括权利要求1所述的硅纳米柱阵列以及复合于硅纳米柱外层的材料层。

4.如权利要求3所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于，所述硅纳米柱阵列基底为硅片，硅片的尺寸≤200mm，厚度300-500μm。

5.如权利要求3所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于：所述的材料层包括但不局限于单质材料或氧化物材料或多元化合物锂离子电极材料。

6.如权利要求5所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于，所述的单质材料包括但不局限于Sn、Ge、C、Graphene中的一种。

7.如权利要求5所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于，所述的氧化物材料包括但不局限于V_xO_y、SnO₂、CuO、TiO₂中的一种。

8.如权利要求5所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于，多元化合物包括但不局限于Li₄Ti₅O₁₂、Li₇MnN₄、Li₃FeN₂中的一种。

9.如权利要求5所述的一种硅基复合三维微电池纳米电极结构，其特征在于，所述的材料层为硅基复合锂离子电池阳极材料层或者为TiN、Si₃N₄锂离子阻挡层。

10.一种硅基复合三维微电池纳米电极结构的制备方法，包括以下步骤：

1）将硅片标准清洗后，利用反应离子刻蚀系统对硅片进行活化处理，获得具有亲水性的硅片表面；

2）在硅衬底上采用旋涂法自组装单层聚苯乙烯纳米球；

3）将步骤2）得到的单层聚苯乙烯纳米球作为掩膜板，利用掩膜和感应耦合等离子体刻蚀技术进行刻蚀，形成硅纳米柱阵列；

4）用有机溶剂及标准清洗硅片工艺去除掩膜及刻蚀过程中所产生的副产物即可得到晶圆级瓶状六角形硅三维微电池纳米电极结构；利用薄膜沉积技术或者材料化学生长方法，得到晶圆级瓶状六角形硅基复合三维微电池纳米电极结构，或是在硅纳米柱外层沉积锂离子阻挡层，形成硅衬底不参与锂离子嵌入/脱出的一种三维微电池的结构。