[发明专利]一种用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料及制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料及其制备方法，所述用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备负载二氧化硅阵列的硅基底；（2）负载硅阵列的硅基底的制备；（3）将负载硅阵列的硅基底置于真空沉积室中，向沉积室中通入惰性气体和氮气，开启偏压电源，以锡靶位靶材，在负载硅阵列的硅基底上溅射沉积氮化锡薄膜，得到预产物；（4）向真空沉积室中通入氮气，在200~300℃，对预产物进行等离子体刻蚀，得到用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料。本发明的负极材料增加了Li离子脱嵌通道，同时细化晶粒，减少Li离子脱嵌过程中副反应产生，从而提高负极库伦效率。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料及制备方法。

背景技术

全球新能源汽车产业将在技术不断成熟、政府扶持政策不断落地的大背景下呈现出快速产业化的趋势，另外，电动工具、电动自行车、新能源等产业也将在低碳经济的背景下保持快速发展的势头。随着风力与光伏电站、智能电网的飞速发展，迫切需要高效、清洁的大规模蓄电技术，新型二次电池已受到电力系统的高度关注，要求资源广泛、高性价比、环境友好、长寿命、易维护。因此，高性能、低成本、高安全的电能储存技术是实现我国能源可持续发展的关键技术之一。

锂离子电池是目前应用最广泛的一种二次电池，通常以石墨作为负极材料。由于石墨负极比容量低，理论比容量只有372mAh/g，很难满足高能量密度锂离子电池设计的要求。目前报道的用于锂离子电池的高比容量负极材料主要有硅基复合材料、氧化物、钒氧化物、锡基化合物等。但是使用这些负极材料的电池循环性能不佳，一般充放电几十次后容量就急剧下降。因此，锂离子电池能否实现应用，高性能负极材料的制备技术是首要解决的关键问题之一。硅负极具有极高的理论比容量，可以达到4200mAh/g，通过硅负极的应用，可以大大提高锂离子电池的能量密度，有望在动力汽车和储能电堆等领域实现规模化的应用。但是硅负极在充放电过程中由于锂离子的嵌入脱出所产生的体积效应，很容易使硅负极发生粉化，导致容量迅速衰减。为了解决这个问题，通常采用硅碳复合的方法等。在申请号为201310265626.0，201210520708.0，201210534860.4，201310101854.4，201110421436.4，201010256875.X的专利中，都是将硅材料与石墨烯通过简单机械混合后，采用抽滤或喷雾等简单手段，制备出硅碳复合材料。上述材料实际上都可以理解为一种机械混合物而非复合材料，因此这类硅-石墨烯材料电化学性能依然不高。纳米化途径是目前改进硅负极材料结构和性能最重要的方法之一，分别起到缓解硅材料体积效应以及提高材料电子导电性的作用。近年来，纳米硅材料已展现出良好电化学性能，但距离商业化应用仍有不小的距离，尤其是纳米硅的循环性能上，依然难以满足实用化的要求。

发明内容

针对目前现有技术的锂电池负极材料在充放电过程中体积变化大，充放电效率低的缺陷，本发明的目的是提供一种用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料及制备方法，它增加了Li离子脱嵌通道，同时细化晶粒，减少Li离子脱嵌过程中副反应产生，从而提高负极库伦效率。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于锂电池的纳米氮化锡/硅负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将硅酸盐用溶剂溶解后，加入水解抑制剂，得到混合溶液，向混合溶液中加入硅基底，得到混合体系，将混合体系在160~200℃密闭反应4~8h，得到负载二氧化硅阵列的硅基底；

（2）将负载二氧化硅阵列的硅基底与还原剂在氩气氛围中，在700~850℃下反应2~3h，得到负载硅阵列的硅基底；

（3）将负载硅阵列的硅基底置于真空沉积室中，向沉积室中通入惰性气体和氮气，开启偏压电源，以锡靶位靶材，在负载硅阵列的硅基底上溅射沉积氮化锡薄膜，得到预产物；