[发明专利]一种三明治结构硅基薄膜材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三明治结构硅基薄膜材料，其特征在于：由金属层（M层）、硅层（Si层）和金属层（M层）构成叠层三明治结构，金属层薄膜的厚度为20-100nm、Si层薄膜的厚度为60nm-9.8μm，三层薄膜（M-Si-M）的总厚度为0.1-10.0μm。

2.根据权利要求1所述三明治结构硅基薄膜材料，其特征在于：所述金属层为Y、Ti、Al或Zn靶，硅层为n型或p型单晶硅。

3.一种如权利要求1所述三明治结构硅基薄膜材料的制备方法，其特征在于：采用金属层的金属靶、Si层的硅靶、金属层的金属靶交替溅射工艺，在基底上先制备金属导电附着层薄膜，然后制备硅薄膜，最后在硅薄膜表面覆盖金属薄层，形成三明治结构，制备步骤如下：

1）在磁控溅射腔体内样品位置安装清洗好的基底，再安装靶材，靶材的纯度均大于99.9%，靶材指向样品位，靶材与基底的距离为5-10cm；

2）对腔体本底抽真空至1.0×10^-3Pa以下，向腔体中通入纯度为99.99%以上的Ar气，流量为10-200sccm，调节溅射腔室内气压为0.1-10.0Pa，基底温度为25-400℃，基底转速为10-30r/min，使用直流或射频磁控溅射模式在基底上溅射金属导电附着层；

3）然后使用直流或射频磁控溅射模式在金属附着层溅射Si层；

4）再使用直流或射频磁控溅射模式在Si层表面溅射金属薄层，自然冷却至25℃后，即可制得三明治结构硅基薄膜材料。

4.根据权利要求3所述所述三明治结构硅基薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述基底为泡沫铜、泡沫镍、铜网/片或不锈钢网/片。

5.根据权利要求3所述所述三明治结构硅基薄膜材料的制备方法，其特征在于：所述直流或射频磁控溅射的工艺参数：电源的电流为100-350mA，电压为500-1500V，每一层的溅射时间为5-180min以控制薄膜厚度。

6.一种如权利要求1所述三明治结构硅基薄膜材料的应用，其特征在于：用作锂电池的电极材料，方法是：将三明治结构硅基薄膜材料直接作为电极使用，基底作为集流体，以硅基薄膜材料为正极，金属锂为负极，两电极以隔膜分隔，加入电解液，在干燥氩气或空气中组装成半电池。

7.根据权利要求6所述三明治结构硅基薄膜材料的应用，其特征在于：所述隔膜为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、纤维素和玻璃纤维的一种或两种以上任意比例的混合薄膜。

8.根据权利要求6所述三明治结构硅基薄膜材料的应用，其特征在于：所述电解液为由锂盐溶解于溶剂制备的溶液，锂盐在溶剂中的浓度为0.2-1.5mol/L，其中锂盐为高氯酸锂、六氟磷酸锂和双（三氟甲基磺酰）亚胺锂的一种或两种以上任意比例的混合物；溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、环丁砜、γ-丁内酯、二甲氧基乙烷、1,3-二噁烷、1-甲基-3-烷基咪唑盐和1,2-二甲基-3-烷基咪唑盐中的一种或两种以上任意比例的混合物，其中涉及烷基咪唑盐中的烷基为甲基、乙基、正丙基、异丙基、烯丙基、正丁基或异丁基。