[发明专利]硅纳米线阵列膜电极的制备方法

摘要

高性能锂离子电池阳极——硅纳米线阵列膜电极的制备方法，用金属催化腐蚀硅晶片，经过两次腐蚀将单晶硅片腐蚀成完全由硅纳米线组成的硅纳米线阵列膜；并采用两种不同的工艺制作成电极：一种是用真空热蒸镀的方法在硅纳米线阵列膜背面镀铝膜，经退火形成Si-Al合金，作为电流收集器；另外一种是在硅纳米线阵列膜表面包裹碳气凝胶，经过真空烧结，碳气凝胶热解成碳，作为电流收集器；本发明制备的硅纳米线阵列膜作为阳极组装的锂离子电池具有大的锂存储容量，高的库伦效率和好的循环稳定性，并且本发明操作简便、重复性好、不需要复杂设备。

主权项

硅纳米线阵列膜电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将单晶硅片放入氢氟酸和硝酸银的水溶液里60-90s，溶液内各组分的体积比为：HNO3∶HF∶H2O＝1∶4-8∶15-26，用无电镀沉积的方法镀上一层银纳米颗粒膜；(2)将表面镀有银纳米颗粒膜的单晶硅片放入氢氟酸和双氧水的水溶液里进行腐蚀，溶液内各组分的体积比为：H2O2∶HF∶H2O＝1∶4-8∶15-26，腐蚀温度是50-60℃，腐蚀时间为80-90min；(3)腐蚀结束后，硅晶片的两个表面都是长度为50-60μm的硅纳米线阵列，中间是没有腐蚀的100-120μm厚的硅晶片，用细砂纸将两面的硅纳米线磨去，清洗之后重复步骤(1)和(2)，直至完全被腐蚀，判断硅晶片完全被腐蚀成硅纳米线阵列膜的关键现象是：起初沉在腐蚀液底部的硅晶片在溶液中漂浮起来；(4)用体积比为10％-15％的硝酸水溶液洗去硅纳米线膜上的银颗粒，然后用去离子水把硅纳米线膜清洗干净；(5)用真空热蒸镀的方法在硅纳米线膜的背面镀上200-300nm厚的铝膜，然后在氩气保护下退火形成Si-Al合金，退火温度为580-600℃，时间为1-2h，作为电极的电流收集器；或者在硅纳米线膜表面包裹一层10-20μm厚的碳气凝胶，然后真空烧结，烧结温度是650-700℃，时间是2-3h，碳气凝胶热解成碳，作为电极的电流收集器，即得到硅纳米线阵列膜电极。