一种InSb多晶薄膜负极材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种InSb多晶薄膜负极材料的制备方法及其应用，所述InSb多晶薄膜负极材料为闪锌矿结构的InSb晶体。本发明专利技术通过磁控溅射沉积的方式制备了InSb薄膜负极，该材料在充放电循环过程中始终保留整体闪锌矿结构()，并且仅存在极小的体积变化，因此能够在拥有较高容量的情况下稳定循环。本发明专利技术提供的InSb多晶薄膜负极材料在30℃条件下首次充电容量为561.8mAh/g，在800次循环后仍有534.6mAh/g的容量，容量保持率高达95.2％。本发明专利技术提供的InSb多晶薄膜负极材料在

【技术实现步骤摘要】
一种InSb多晶薄膜负极材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池制造
，具体涉及一种InSb多晶薄膜负极材料的制备方法及其应用

技术介绍

[0002]近年来，电动汽车等行业的快速发展对锂离子电池(LIB)的各项性能提出了更高的要求，例如更高的能量密度、更长的循环性能和更大范围温度的适应能力。然而，当前主流的商业锂离子电池在低温下都会出现显著的能量和容量损失。目前商业化中主要使用的石墨负极在零度以下极难充电，且容易锂离子沉积形成锂枝晶造成安全隐患。通过外部热源和电池自热的方式能有效提高锂离子电池的温度，但对于小型设备而言这类方法影响了设备的便携性同时大大降低了电池的工作效率。在
‑
40℃及以下的超低温条件下对锂离子电池材料的要求将更加苛刻。
[0003]解决锂离子电池低温应用难题的关键在于寻找具有适中嵌锂电位、能够快速完成嵌锂/脱锂过程的新型负极材料。截止目前，InSb作为锂离子电池负极材料时具有好的循环稳定性，这是由于在充放电循环过程中InSb始终保留其整体闪锌矿结构，并且在此过程中只有很小的体积变化。其中In不仅能够作为缓冲基质，还能够在低电位(0.6V以下)下进一步锂化，从而提供更多容量。因此InSb能够在拥有较高容量的情况下稳定循环。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种InSb多晶薄膜负极材料的制备方法及其应用。
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种更高容量、更高循环稳定性、更高低温性能的锂离子电池负极材料。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种闪锌矿结构的多晶InSb薄膜，以InSb靶材为原料，通过控制参数的方式制备多晶InSb薄膜，所述多晶薄膜负极材料仅含有一种闪锌矿结构的InSb晶体结构。
[0007]优选的，作为一个较佳的实施方式，将电池级铜箔作为InSb负极流体基底，晶体均匀生长在铜箔集流体上。
[0008]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述电池级铜箔集流体的厚度为5
‑
20μm。
[0009]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述多晶薄膜的厚度为300～3000nm。
[0010]优选的，作为一个较佳的实施例方式，所述InSb晶体颗粒的尺寸为1～5μm。
[0011]本专利技术的另一目的在于提供一种多晶锂电子负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：在高纯氩气氛围内，将InSb靶材安装在电源靶头上，通电进行磁控溅射，溅射物沉积在集流体材料上，得到InSb多晶薄膜负极材料。
[0012]优选的，作为一个较佳的实施方式，进行磁控溅射时氩气气压为0.5～5Pa。
[0013]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述磁控溅射时间为5
‑
30min。
[0014]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述磁控溅射功率为100
‑
200W。
[0015]优选的，作为一个较佳的实施方式，在电池级铜箔基体材料使用时进行清洗，从而减少衬底的表面油污及氧化物对膜基结合的影响。
[0016]优选的，作为一个较佳的实施例，所述清洗方式为在超声波中使用蒸馏水、无水乙醇、丙酮进行清洗处理。
[0017]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述磁控溅射为射频溅射。
[0018]优选的，作为一个较佳的实施事实方式，所述磁控溅射仓室内真空度应达到1.0
×
10
‑4Pa后方可通入氩气。
[0019]优选的，作为一个较佳的实施方式，所述高纯氩气为纯度99.99％以上的氩气。
[0020]本专利技术的另一目的还在于提供一种InSb薄膜负极材料的应用，通过将所述通过磁控溅射方式制备的InSb薄膜负极材料应用到锂离子电池中，锂离子电池的性能具有显著提升。当温度为30℃，充放电电压范围为0～2.0V，充放电电流密度为0.2A/g时，其首次充电容量高达561.8mAh/g，在800次循环后仍有534.6mAh/g的容量，容量保持率高达95.2％。当温度为
‑
50℃，充放电电压范围为0～2.0V，充放电电流密度为0.1A/g时，其首次充电比容量为511.9mAh/g，在250次充放电循环后仍有348.3mAh/g的容量，容量保持率为68.1％。
[0021]与现有材料与技术相比，本专利技术的优点在于：
[0022]1)本专利技术率先使用闪锌矿结构InSb多晶负极作为锂离子电池负极材料，制备出InSb多晶薄膜材料。
[0023]2)本专利技术提供的InSb多晶负极材料的制备方式简单。
[0024]3)本专利技术的InSb多晶负极材料可作为锂离子电池负极材料，该材料克服了合金化负极材料充放电过程中体积膨胀率大的缺点，而相较于现有的商业石墨负极具有极高的容量，同时保持了极高的循环稳定性。
[0025]4)本专利技术的InSb多晶负极材料可作为超低温锂离子电池负极材料，该材料在低温下容量衰减极小，克服了锂离子电池在低温条件下充放电效率低以及容量大幅度降低的缺点，同时兼具了高容量和高循环稳定性的特点。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1、4、5制备的InSb多晶薄膜负极材料的X射线衍射谱图；
[0027]图2为本专利技术实施例1、4、5制备的InSb多晶薄膜负极材料的扫描电子显微镜图；
[0028]图3为本专利技术实施例1制备的InSb多晶薄膜负极材料的首次充放电曲线图；
[0029]图4为本专利技术实施例1制备的InSb多晶薄膜负极材料的在30℃条件下的循环
‑
比容量性能曲线图；
[0030]图5为本专利技术实施例4制备的InSb多晶薄膜负极材料的扫描电子显微镜图；
[0031]图6为本专利技术实施例4制备的InSb多晶薄膜负极材料的首次充放电曲线图；
[0032]图7为本专利技术实施例4制备的InSb多晶薄膜负极材料的在30℃条件下的循环
‑
比容量性能曲线图；
[0033]图8为本专利技术实施例4制备的InSb多晶薄膜负极材料的在
‑
30℃和30℃条件下的循环
‑
比容量性能曲线图；
[0034]图9为本专利技术实施例4制备的InSb多晶薄膜负极材料的在
‑
50℃条件下的循环
‑
比容量性能曲线图；
[0035]图10为本专利技术实施例5制备的InSb多晶薄膜负极材料的首次充放电曲线图；
[0036]图11为本专利技术实施例5制备的InSb多晶薄膜负极材料的在30℃条件下的循环
‑
比容量性能曲线图；
[0037]图12为本专利技术实施例8制备的LiFePO4||InSb全电池在
‑
10℃条件下的循首次充放电曲线图；
[0038]图13为本专利技术实施例8制备的LiFePO4||InSb全电池在
‑
10℃条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种InSb多晶薄膜负极材料，其特征在于：以InSb靶材为原料制备多晶InSb薄膜，所述多晶薄膜负极材料仅含有一种闪锌矿结构的InSb晶体结构。2.根据权利要求1所述的InSb多晶薄膜负极材料，其特征在于：所述晶体均匀生长在铜箔集流体上，电池级铜箔集流体厚度为5～20μm。3.根据权利要求1所述的InSb多晶薄膜负极材料，其特征在于：所述多晶薄膜的厚度为300～3000nm。4.根据权利要求1所述的InSb多晶薄膜负极材料，其特征在于：所述InSb晶体颗粒尺寸的为1～5μm。5.根据权利要求1所述的InSb多晶薄膜负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：在高纯氩气氛围下，将InSb靶材安装在电源靶头上，通电...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡仁宗，熊兴宇，于贺川，王辉，朱敏，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：