[发明专利]一种用于二次电池的硅碳复合物负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于二次电池的硅碳复合负极材料及制备方法、锂电池的制备方法，所述的硅碳复合负极材料为非晶形石墨和P掺杂硅的复合结构，所述的硅碳复合负极材料从下至上依次为泡沫镍、非晶形石墨包覆P型掺杂硅。本发明磁控溅射的硅颗粒非常均匀，结合力强，且P掺杂的硅导电性较纯硅而言导电性更强，等离子体增强化学气相沉积法PECVD在制备石墨方面性能稳定，石墨薄膜较为均匀，黏着性高，在真空条件下排除了外界的干扰，硅颗粒与石墨可以在真空中有效的复合，石墨对硅颗粒的包覆效果非常理想，制备的电池循环稳定性强。

技术领域

本发明涉及二次电池的负极材料技术领域，具体涉及到用于二次电池的一种硅碳复合物负极材料。

背景技术

随着人类社会对能源使用需求的提升，高能量密度的锂离子电池显得愈发关键。为进一步提高锂离子电池的能量密度，硅、锗、锡基负极材料受到了广泛的关注；其中，硅通过形成合金Li₂₂Si₅，具有非常高的理论比容量，是取代传统石墨负极以制备高容量锂离子电池颇具前途的材料；与其他的合金类型和金属氧化物负极材料相比，硅的放电电位更低，因此在全电池的应用上更具潜力；此外，硅的丰度和无毒害性使得其在商业化的应用上更具优势。

但硅在完全锂化时会发生严重的体积膨胀效应，使得电极材料容易粉末化而出现电气连接问题，同时在嵌锂/脱锂的过程中消耗大量的锂离子而导致组成的锂离子电池性能不佳。除此之外，硅本身的导电性较差，这使得它的锂化能力较弱，不易表现出理想的质量比容量。为解决上述两个主要问题，大量的研究投入其中，其中硅碳复合材料由于其商业化的可能性脱颖而出。

常规的硅碳复合材料在制备的过程中依赖高强度的热能以完成两者适宜的复合，如包覆、叠加等过程，这需要消耗大量的能量，且复合的一致性不佳，从而导致生产的工艺成本较高，制备出的材料表现不稳定。

发明内容

针对上述硅碳负极材料中从硅碳两者复合工艺的问题而使得复合材料整体性能表现不佳的问题，本发明提供了一种用于二次电池的硅碳复合负极材料及其制备方法。

本发明的一个目的是提供一种用于二次电池的硅碳复合物负极材料。

本发明中所述的氟化和氮化后的非晶形石墨和P掺杂硅的双层复合结构作为硅碳复合物种的一种，在应用到二次电池时，由于石墨较强的导电能力及硅具有较高的理论容量，两者在气相状态下的复合效果非常理想，其后制备的二次电池导电性强、循环稳定性优异、容量高、倍率性能优异。

本发明的另一个目的是提供一种用于二次电池的硅碳复合物负极材料的制备方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种用于二次电池的硅碳复合负极材料，所述的硅碳复合负极材料为非晶形石墨和P掺杂硅的复合结构，所述的硅碳复合负极材料从下至上依次为泡沫镍、非晶形石墨包覆P型掺杂硅。

作为优选方式，用于二次电池的硅碳复合负极材料，通过如下制备方法得到：

(1)取清洗后的泡沫镍为基底，使用Ar和H₂等离子体刻蚀泡沫镍表面；

(2)在上方使用磁控溅射的方法溅射出硅颗粒，同时采用等离子体增强化学气相沉积法PECVD在腔内生成石墨并在重力下自然沉积，让硅在沉积至泡沫镍基底的过程中与石墨复合，在硅颗粒上包覆一层石墨，在非晶形石墨包覆磁控溅射的P型掺杂硅后两者形成硅碳复合物，再沉积在泡沫镍基底上。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种用于二次电池的硅碳复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取清洗后的泡沫镍为基底，使用Ar和H₂等离子体刻蚀泡沫镍表面；