[发明专利]硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法

说明书

本申请提供一种硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法。该硅负极包括：负极集流体；以及形成于所述负极集流体表面的硅活性层，其中，所述硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。本发明实施例的硅负极中的硅活性层的多个硅嵌锂区之间存在间隙，由此可以为在嵌锂时产生体积膨胀的硅提供容纳空间，避免硅活性层在脱嵌锂时产生开裂和脱落，提高全固态锂离子电池的循环寿命。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法。

背景技术

硅负极有着高达4200mAh/g的理论比容量，是传统石墨负极理论比容量的十倍以上，有望大幅度提升下一代锂离子电池的能量密度。但是，硅负极有一个致命的缺点就是硅在嵌锂时会发生超过300％的体积膨胀，这是因为硅负极在嵌锂后会形成锂硅合金，产生巨大的体积变化，在液态锂离子电池中，这种变化会导致SEI膜不断的形成和破裂，导致活性锂损失，容量快速降低。相对于液态锂离子电池而言，全固态锂离子电池采用固态电解质代替液态电解液，所以只有表层的固态电解质会跟负极的表层接触，能够减少固态电解质界面相的反复生成。

目前，为了缓解硅的膨胀，大部分应用都是基于纳米硅跟碳骨架结合应用，但这在全固态锂离子电池中并不适用，因为碳骨架无法传导锂离子，且这种硅碳负极中硅的含量较低，无法发挥硅的高比容量，且碳骨架可能与固态电解质反应，从而导致全固态电池的能量密度降低并加速循环寿命衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能够避免硅活性层在脱嵌锂时产生开裂和脱落的硅负极。

本发明还提供一种硅负极的制备方法。

本发明还提供一种全固态锂离子电池。

本发明还提供一种全固态锂离子电池的制备方法。

根据本发明第一方面实施例的硅负极，所述硅负极包括：

负极集流体；以及

形成于所述负极集流体表面的硅活性层，

其中，所述硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。

进一步地，所述间隙在所述硅活性层中的面积占比为20％-70％。

进一步地，所述负极集流体选自铜箔、涂碳铜箔、不锈钢箔中的一种或多种。

根据本发明第二方面实施例的硅负极的制备方法，包括如下步骤：

S1，在反应器中提供负极集流体；

S2，在所述步骤S1的负极集流体表面形成沉积层；

S3，采用蚀刻法在所述步骤S2的沉积层表面蚀刻，以得到间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。

进一步地，所述步骤S1中，所述反应器内的温度为500℃-850℃，压强为300Pa-2000Pa。

进一步地，所述步骤S2中，将所述步骤S1的负极集流体暴露于含硅的气相前驱体中，加热以使所述气相前驱体发生热解，并沉积在所述负极集流体表面形成所述沉积层。

进一步地，所述步骤S2中，所述负极集流体暴露于所述气相前驱体的时间为1min-500min，所述沉积层的厚度为20nm-10μm。

进一步地，所述气相前驱体为硅烷、硅烷衍生物、或其混合物。

进一步地，所述步骤S3包括：

S31，在沉积好硅材料的集流体上均匀涂抹一层光刻胶，加热蒸发光刻胶溶剂；