一种超薄硅膜制造技术

本实用新型专利技术提供了一种超薄硅膜，该超薄硅膜自下而上依次包括导电基底层、硅膜层和钝化层。该超薄硅膜的硅膜层厚度均匀可控，钝化层厚度适宜，具有优异的电化学性能，用于锂二次电池的电极，能够改变电极材料表面的电化学反应、加快锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌过程，从而大幅度提高锂二次电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种超薄硅膜，该超薄硅膜自下而上依次包括导电基底层、硅膜层和钝化层。该超薄硅膜的硅膜层厚度均匀可控，钝化层厚度适宜，具有优异的电化学性能，用于锂二次电池的电极，能够改变电极材料表面的电化学反应、加快锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌过程，从而大幅度提高锂二次电池的性能。【专利说明】一种超薄娃膜
本技术涉及电化学材料
，尤其涉及一种超薄硅膜。
技术介绍
锂二次电池作为手机、照相机等的便携能源，在日常生活中得到了广泛的应用。为了解决化石能源危机以及缓解汽车尾气等引起的环境问题，锂电池将在电动车、电动汽车等领域得到更广泛的应用。但是现有电池较低的能量密度和功率密度，抑制了电动车、电动汽车的进一步发展，因此具有较高能量密度的新型储能体系的研发就具有重要的意义。 目前锂电池主要使用碳电极作为负极，石墨的理论容量为372mAh/g，而硅材料作为负极的理论容量约为4200mAh/g，能够达到碳负极的理论容量的十倍以上，从而具有较高的发展前景和研宄价值。但是以硅作为电极材料在充放电过程中，硅负极的的膨胀收缩率较大(>300% )，这导致了电池的循环性能等二次电池特性变差，从而影响电池使用，需要进行进一步的研宄。 目前，硅材料的性能改进主要通过设计新型结构以及材料的表面改性两方面进行，新型结构的设计主要是指一些通过利用纳米结构来减少体积膨胀收缩的影响，如纳米棒、纳米管或者纳米颗粒等，如专利CN 102709536A公开了一种硅碳复合材料及其制备方法，所述的硅碳复合材料是一种网状结构包覆纳米级的硅的硅碳复合材料，其中纳米级的硅的平均直径为50?500nm ;而材料的改性，主要通过表面修饰或者掺杂等，如CN102054966A公开了一种多层膜负极极片及其制备方法，包括金属基片和金属基片上沉淀的至少一层无定型碳膜和一层掺杂硅膜，掺杂硅膜外涂覆一层聚合物涂层，掺杂硅膜的元素为铝铜铁锡硼。这些方法都从不同角度上提高了硅负极的二次电池性能，但是仍无法满足商业化的需求。 以磁控溅射制备硅膜具有方法简单、厚度可控、结构均匀等特点，相比上述方法具有一定优势。另外，已有研宄表明在硅膜的表面包覆一层钝化层，能够模拟SEI膜在充放电过程中的作用，改变电极表面化学反应，清除电解液分解产生的氟化氢，从而保护硅负极，但是包覆的钝化层的厚度不易太薄也不易太厚，需控制在一个理想范围内。以Al2O3包覆层为例，在硅负极的表面包覆Al2O3能够加快锂离子在电极表面的交换速率，从而提高负极的大倍率性能，另外Al2O3包覆层能够模拟SEI膜对硅负极的保护作用，提高硅负极的循环稳定性；但是，Al2O3与Li +反应会生成LiA12或者Li XA1203，而LiA1j^电导率远远低于电解液的电导率。所以，在硅膜的表面沉积一层Al2O3过厚，会增加离子或电子的传输速率进而增加极化作用。因此，有必要进行进一步的研宄以制备一种能够用于锂二次电池的具有优异电化学性能的硅膜。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种超薄硅膜，该超薄硅膜能够改变电极材料表面的电化学反应、加快锂离子在充放电过程中的嵌入和脱嵌过程，从而大幅度提高锂二次电池的性能。 为达此目的，本技术采用以下技术方案: 本技术所述超薄娃膜，其超薄的定义为厚度在10 μ m-100 μ m。 一种超薄硅膜，自下而上依次包括导电基底层、硅膜层和钝化层。 所述导电基底层、硅膜层和钝化层的形状相同。 所述娃膜层的厚度为1nm-1OOOnmjn 50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、800nm 或 900nm。 所述导电基底层为铜层、镍层、铁层、铜镍层、铜铁层、镍铁层或铜镍铁层。 所述导电基底层的厚度为10 μ m-100 μ m，如 20 μ m、30 μ m、40 μ m、50 μ m、60 μ m、80 μ m 或 90 μ m0 所述钝化层为Al2O3层、T1 2层、ZnO层、MgO层或SnO 2层。 所述纯化层的厚度为0.lnm_5nm，如 0.5nm、1.0nm、2.0nm、3.0nm、3.5nm、4.0nm 或4.5nm。 本技术提供的超薄硅膜用于锂二次电池时，硅膜层表面包覆的钝化层能够模拟SEI膜在充放电过程中的作用，改变电极表面化学反应，清除电解液分解产生的氟化氢，从而保护硅负极。 所述的锂二次电池可为硬币型、圆筒型、方型或扣式电池。 与现有技术相比，本技术的有益效果为: 1、本技术提供的超薄硅膜其硅膜层厚度均匀可控，硅膜层表面的钝化层厚度适宜，能够模拟SEI膜的作用，从而改变电极材料表面的电化学反应、加快锂离子在充放电过程中的嵌入脱嵌过程； 2、本技术提供的超薄硅膜用于锂二次电池电极，具有优异的电化学性能，能够大幅度的提高锂二次电池的性能。 【专利附图】【附图说明】 图1是本技术提供的超薄硅膜的剖面示意图。 图2是本技术提供的制备超薄硅膜的工艺流程图。 图3是实施例1中制备的电池的首周充放电曲线图。 图4是实施例1中制备的电池的循环寿命曲线图。 图5是对比例I中制备的电池的首周充放电曲线图。 图6是对比例I中制备的电池的循环寿命曲线图。 其中，11，钝化层；12，硅膜层；13，导电基底层。 【具体实施方式】 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本技术的技术方案。 如图1所示为本技术提供的超薄硅膜的剖面示意图，本技术提供的超薄硅膜由下而上依次包括导电基底层13、硅膜层12和钝化层11，所述的导电基底层13厚度为lO-lOOum，所述硅膜层12厚度为lO-lOOOnm，所述的钝化层11厚度为0.l_5nm0 如图2所示为本技术提供的制备超薄硅膜的工艺流程图。所述的超薄硅膜的制备方法为: I)选取导电基底层； 2)制备硅膜层:采用磁控溅射的方式，在导电基底层上制备硅膜层； 3)制备钝化层:利用原子层沉积方法，硅膜层表面包覆一层钝化层。 本专利技术提供的制备所述超薄硅膜的方法采用磁控溅射尤其是射频溅射(RFMagnetron Sputtering，RFMS)的方法制备娃膜层，制得的娃膜层厚度均勾可控，采用原子层沉积(atomic layer deposit1n, ALD)方法制备钝化层，制得的钝化层厚度适宜。 实施例1 超薄硅膜的制备: 选取一块大小为10cm*10cm、厚度为20 μ m的铜箔，将其用无水乙醇擦净烘干，作为导电基底层；选用10%的HF溶液进行HF处理的硅片(纯度为99.99%以上)作为靶材，以氩气为保护气压强控制在0.5-lPa，在100W的溅射功率下溅射50min得到厚度为0.5 μπι的硅膜层。然后在得到的硅膜层表面采用原子层沉积法沉积氧化物，具体参数为温度250°C，脉冲气体选用水蒸气和三甲基铝混合气，压强控制在0.5Pa，沉积lOmin，即可在硅膜层表面得到厚度为Inm的氧化铝钝化层。 锂二次电池的制造: 将上述磁控溅射法制得的超薄硅膜裁成极片作为正极、IM LiPF6_EC/DMC(体积比为1:1)为电解液、Cd2400本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超薄硅膜，其特征在于，所述超薄硅膜自下而上依次包括导电基底层、硅膜层和钝化层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇明，
申请(专利权)人：昆山瑞坦纳新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32