[发明专利]一种锂离子电池用硅基负极的制备方法

权利要求书

1.一种锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于，采用多孔金属、表面粗化处理的金属网或表面粗糙处理的金属箔为集流体，增加活性物质与集流体的接触面积及结合力，并为活性物质体积膨胀提供缓冲空间；采用物理气相沉积的方法在集流体表面共沉积不同比例的硅—金属合金活性物质，在硅—金属合金活性物质表面采用物理气相沉积一层完整的碳材料保护层，形成锂离子电池用硅基负极。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：物理气相沉积硅—金属合金厚度在200nm至4μm，物理气相沉积的碳材料厚度在20nm至500nm。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：多孔金属包括多孔铜、多孔镍或多孔铝，多孔铜、多孔镍或多孔铝采用隙率从20％至95％，孔径1μm至200μm的原始多孔金属，经过辊压加工至厚度为10μm至100μm；

金属网或金属箔采用厚度7μm至50μm的原始金属网或金属箔，采用如下方法之一对金属网或金属箔进行粗化处理：(1)通过化学刻蚀、电化学刻蚀或者化学&电化学复合刻蚀的方法，在金属网或金属箔表面进行粗化处理；(2)通过电沉积的方式在金属网或金属箔表面沉积金属铜、镍、铁或锡，在金属网或金属箔表面进行粗化处理；(3)采用复合电沉积方式在金属网或金属箔表面沉积铜、镍、铁或锡并复合粒径在20nm至5μm的硅粉、氧化硅粉、锡粉或碳粉，在金属网或金属箔表面进行粗化处理。

4.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：硅—金属合金活性物质中的金属包括但不限于：(1)能与锂合金化的金属锡、铝、镁或其合金，(2)不能与锂合金化的铜或铜合金；碳材料包括但不限于普通碳材料或石墨烯。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：物理气相沉积硅—金属合金所使用的硅靶材是纯度99.99wt％的纯硅靶材，或采用Al+Si＝99.95wt％至99.999wt％的硅铝合金靶材。

6.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：物理气相沉积硅—金属合金所使用的金属靶材中，镍靶材为NY1标准的镍靶材，其余金属靶材是纯度99.99wt％以上的纯金属靶材。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：物理气相沉积碳所使用的碳靶材为纯度在99.999wt％以上。

8.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于，物理气相沉积硅—金属合金时的工艺参数如下：

(1)本底真空度1.0×10-2Pa；

(2)工作真空度1.0×10-1Pa至1.0Pa；

(3)氩气采用高纯氩气，纯度在99.999wt％以上，氩气流量20SCCM至80SCCM；

(4)磁控溅射沉积电流采用1A至50A，集流体牵引设备往复运转，集流体运行速度在6cm/min至6m/min。

9.根据权利要求1或8所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于：物理气相沉积硅—金属合金中，硅与总金属的质量比为1:1至20:1。

10.根据权利要求1所述的锂离子电池用硅基负极的制备方法，其特征在于，物理气相沉积碳材料时的工艺参数如下：

(1)本底真空度1.0×10-2Pa；

(2)工作真空度1.0×10-1Pa至1.0Pa；

(3)氩气采用高纯氩气，纯度在99.999wt％以上，氩气流量20SCCM至80SCCM；

(4)磁控溅射沉积电流采用1A至30A，集流体牵引设备往复运转，集流体运行速度在6cm/min至6m/min。