[发明专利]一种锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极

说明书

本发明公开了一种锂电池用SiCO‑碳纳米管复合薄膜电极，其特征在于：包括单晶硅基板（1），单晶硅基板（1）上依次设有TiN阻挡层（2）、Cu薄膜层（3）、CuO薄膜层（4）、SiCO薄膜层A（5）、Ni催化层（6）、碳纳米管层（7）和SiCO薄膜层B（8）。本发明不仅可以有效的提高电极的循环稳定性，而且单层膜厚度可以大大降低，又可以获得较大的薄膜体系厚度，从而改善材料在高倍率充放电时的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种锂电池领域，特别是一种锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极。

背景技术

锂离子因其具有能量高、使用寿命长、重量轻、体积小等一系列优点，引起国际电池界和科技界的普遍关注和重视。锂电池应用主要包括便携装置用储能电池和新能源汽车用动力电池。前者主要包括3C产品，即计算机、通讯和消费电子产品。全球手机用户数量以15%-25%左右的速度在增加，50%-70%的电池都采用锂电池的笔记本电脑的发展，都将使锂离子电池的需求逐年增加。随着世界各国对能源安全和环境保护在战略上更加重视，电动汽车以其节能、低排放的特点被各国作为战略型新型产业来大力发展。发展新能源汽车，是摆脱对石油等化石能源的依赖、保护生态环境和保障国家能源安全的战略需要。

电极是锂离子电池的核心部件，而电极材料是决定锂电池综合性能优劣的关键因素，开发新一代高性能电极材料一直是锂电池研究的重要方向。目前在锂离子电池负极材料中应用最广泛的石墨理论克容量为372 mAhg^-1，这远未达到迅猛发展的各种便携式产品尤其是新能源汽车动力电池的高容量需求；此外,在充放电过程中石墨层容易逐渐剥落，从而影响其循环性能。硅具有非常高的容量（理论值达到约4200 mAhg^-1），但硅在锂离子嵌入后其体积膨胀非常大，从而会导致其容量在充放电循环中不断减小，目前硅基材料在循环性能上的不足限制了其进一步的实际应用。碳纳米管的层间距大于石墨，这更有利于锂离子的扩散，锂离子不仅可嵌入管芯，也可嵌入管间的缝隙中，有利于进一步提高锂电池的放电容量和电流密度。碳纳米管电极目前主要的问题是不可逆容量大及循环可靠性不足。最近研究表明，高含碳量的SiCO陶瓷具有良好的电化学性能和较低的成本，尤其是SiCO中特有的碳网结构可对其在充放电过程中的体积变化进行缓冲和吸收, 使材料在充放电过程中能保持较好的可靠性。但SiCO也存在充放电滞后等尚待解决的问题，使其循环性能仍未达到商业化应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极。本发明不仅可以有效的提高电极的循环稳定性，而且单层膜厚度可以大大降低，又可以获得较大的薄膜体系厚度，从而改善材料在高倍率充放电时的电化学性能。

本发明的技术方案：一种锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极，其特征在于：包括单晶硅基板，单晶硅基板上依次设有TiN阻挡层、Cu薄膜层、CuO薄膜层、SiCO薄膜层A、Ni催化层、碳纳米管层和SiCO薄膜层B。

前述的锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极中，所述TiN阻挡层的厚度均为95-105nm。

前述的锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极中，所述Cu薄膜层的厚度为290-310nm，CuO薄膜层的厚度为95-105 nm。

前述的锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极中，所述SiCO薄膜层A的厚度为190-210 nm；所述Ni催化层的厚度为45-55 nm；所述碳纳米管层的厚度为95-105 nm；所述SiCO薄膜层B的厚度为190-210 nm。

前述的锂电池用SiCO-碳纳米管复合薄膜电极中，其制备方法按下述步骤进行：

①对单晶硅基板用丙酮超声清洗8分钟，然后分别用去离子水和酒精超声波清洗8分钟；

②重复三遍步骤①，再在真空干燥箱中烘干；

③在真空条件下对单晶硅基板进行离子束溅射清洗；