一种全固态薄膜锂离子电池负极及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种全固态薄膜锂离子电池负极及其制备方法，全固态薄膜锂离子电池负极包括电极基片、覆盖在电极基片表面的负极薄膜，特别是，所述的负极薄膜为通过射频磁控溅射方法形成的纳米硅薄膜。本发明专利技术采用纳米硅薄膜作为负极薄膜，其具有非常高的质量比容量（接近4000mAh/g），是理想的负极材料。本发明专利技术的电池负极具有非常优异的充放电循环可逆性，电池使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
全固态薄膜锂离子电池拥有较当前锂离子二次电池更小的尺寸、更高的能量密度、更长的循环寿命及更高的可靠性，目前在低电流元件的应用上备受青睐，将成为锂离子电池发展领域的一朵奇葩。全固态薄膜锂离子电池能否成功应用除了具有高性能薄膜正极之外，还在于可逆嵌/脱锂离子的薄膜负极材料及电解质层的高性能实现。最早用作全固态薄膜锂离子电池负极的是金属锂箔，由于锂的熔点较低(180°C)，温度超过250°C时会因负极熔化而使锂离子电池遭到毁灭性的破坏。另外，金属锂十分活泼，容易与空气中的氧气和水蒸气等发生反应，从而对制备锂薄膜的设备及环境条件要求 较高。所以，寻找具有较高熔点和较低反应活性的新型无机材料来替代金属锂和发展低成本、简易、适用的薄膜制备工艺具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优异的充放电循环可逆性，电池使用寿命长的全固态薄膜锂离子电池负极。本专利技术同时还提供一种全固态薄膜锂离子电池负极的制备方法，该方法所得全固态薄膜锂离子电池负极具有优异的充放电循环可逆性，电池使用寿命长。为解决以上技术问题，本专利技术采取的一种技术方案是 一种全固态薄膜锂离子电池负极，其包括电极基片、覆盖在该电极基片表面的负极薄膜，特别是，所述负极薄膜为通过射频磁控溅射方法形成的纳米硅薄膜。优选地，所述纳米硅薄膜的厚度为O. 0Γ2微米。优选地,所述纳米娃薄膜的放电质量比容量大于3500mAh/g。优选地,所述纳米娃薄膜按IOC充放电100周，容量保持率大于90%。本专利技术采取的又一技术方案是一种上述的全固态薄膜锂离子电池负极的制备方法，其包括如下步骤 ①、以相对密度大于等于99.8%、纯度大于等于99. 999%的单晶硅作为靶材，以电极基片为衬底，安装好靶材和基片后，关闭溅射室，将溅射室抽真空至I. OX KT4Pa或以下，充入I个大气压的氩气，再将室内气体压强抽至O. Γ3ΡΒ ； ②、预溅射，以清理靶材表面的氧化层和杂质； ③、设定溅射功率范围为lW/cnT6W/cm2，靶基距离为40mnTl00mm，溅射时间为2 10小时，形成纳米硅薄膜。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点和效果 本专利技术采用纳米硅薄膜作为负极薄膜，其具有非常高的质量比容量(接近4000mAh/g)，是理想的负极材料。本专利技术的电池负极具有非常优异的充放电循环可逆性，电池使用寿命长。附图说明图I为全固态薄膜锂离子电池负极的纳米硅薄膜在厚度方向的扫描电镜 图2为全固态薄膜锂离子电池负极的纳米硅薄膜表面的扫描电镜图。具体实施例方式以下结合附图和具体的实施例，对本专利技术做进一步详细的说明，但本专利技术不限于以下实施例。本实施例提供一种全固态薄膜锂离子电池负极的制备方法，其具体包括如下步骤 (1)采用射频磁控溅射的方法，使用定向生长的单晶硅靶材，要求相对密度大于99.8%，纯度大于99. 999%，直径为60mm ； (2)安装好靶材和电极基片后，关闭溅射室，将溅射室抽真空至1.0X10_4Pa，充入IatmAr气体，再将室内气体压强抽至O. 5Pa ； (3)预溅射，以清理溅射靶材表面； (4)设定溅射功率范围为5W/cm2，靶基距离为60mm，溅射时间为4小时。(5)关闭溅射设备，待基片冷却至室温，将基片取出，测量。采用扫描电子显微镜(SEM)观察和测量纳米硅薄膜的厚度，采用蓝电充放电系统测量电池的放电质量比容量。参见图I和图2，SEM确认纳米硅薄膜的形成，且薄膜的厚度为约I. 3微米。充放电测试结果如下在充放电倍率为IOC的条件下，电池首次容量为O. 310mAh,纳米娃薄膜中娃元素的质量约为O. 0785mg,质量比容量为3949. 04mAh/g,循环100次后容量为O. 284mAh，质量比容量为3617. 83mAh/g，衰减了 8. 39%。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。权利要求1.一种全固态薄膜锂离子电池负极，包括电极基片、覆盖在所述电极基片表面的负极薄膜，其特征在于所述的负极薄膜为通过射频磁控溅射方法形成的纳米硅薄膜。2.根据权利要求I所述的全固态薄膜锂离子电池负极，其特征在于所述纳米硅薄膜的厚度为O. 0Γ2微米。3.根据权利要求I所述的全固态薄膜锂离子电池负极，其特征在于所述纳米硅薄膜的放电质量比容量大于3500mAh/g。4.根据权利要求I所述的全固态薄膜锂离子电池负极薄膜，其特征在于所述纳米硅薄膜按IOC充放电100周，容量保持率大于90%。5.一种如权利要求I至4中任一项权利要求所述的全固态薄膜锂离子电池负极的制备方法，其特征在于包括如下步骤 ①、以相对密度大于等于99.8%、纯度大于等于99. 999%的单晶硅作为靶材，以电极基片为衬底，安装好靶材和基片后，关闭溅射室，将溅射室抽真空至I. O X KT4Pa或以下，充入I个大气压的氩气，再将室内气体压强抽至O. Γ3ΡΒ ； ②、预溅射，以清理靶材表面的氧化层和杂质； ③、设定溅射功率范围为lW/cnT6W/cm2，靶基距离为40mnTl00mm，溅射时间为2 10小时，形成纳米硅薄膜。全文摘要本专利技术涉及，全固态薄膜锂离子电池负极包括电极基片、覆盖在电极基片表面的负极薄膜，特别是，所述的负极薄膜为通过射频磁控溅射方法形成的纳米硅薄膜。本专利技术采用纳米硅薄膜作为负极薄膜，其具有非常高的质量比容量(接近4000mAh/g)，是理想的负极材料。本专利技术的电池负极具有非常优异的充放电循环可逆性，电池使用寿命长。文档编号H01M4/1395GK102891281SQ20121039646公开日2013年1月23日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日专利技术者钟小亮, 王广欣, 王树森 申请人:苏州晶纯新材料有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态薄膜锂离子电池负极，包括电极基片、覆盖在所述电极基片表面的负极薄膜，其特征在于：所述的负极薄膜为通过射频磁控溅射方法形成的纳米硅薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟小亮，王广欣，王树森，
申请(专利权)人：苏州晶纯新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：