[发明专利]一种钠离子电池用负极材料硅锑合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明属钠离子电池技术领域，具体为一种钠离子电池用负极材料硅锑合金薄膜及其制备方法。硅锑合金（Si_xSb_(1‑x)，0.5≤X≤0.95）薄膜电极材料采用脉冲激光沉积制备获得，硅锑合金薄膜厚度为40‑80nm，质量为0.02‑0.04 mg。薄膜电极的可逆比容量约为450 mAh/g，在充放电循环过程中表现出优良的电化学性能。该电极材料比容量高，循环性能好，制备方法简单，适用于钠离子电池。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及可用作钠离子电池的负极活性材料及其制备方法。

背景技术

随着近年来移动电子设备的飞速发展，与电子产品相匹配的小型化长寿命电源的需求日益增加，对锂离子电池依赖加剧，有限的锂资源必将面临短缺问题，其成本也将随之上升。钠离子电池与锂离子电池相比虽然能量密度略低，但钠盐资源丰富，分布广泛，成本低廉。同时，钠电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。负极材料作为钠离子电池的重要组成部分，其性能对电池的综合性能具有重要的作用。目前用于钠离子电池的负极材料主要包括：碳基材料，例如硬碳（可逆容量约为300mAh/g）；氧化物和硫化物材料，例如Na₂Ti₃O₇（可逆容量约为200mAh/g）、Ni₃S₂（可逆容量约为400mAh/g）；合金材料，例如SnSb/C（可逆容量约为544 mAh/g）。其中，碳基材料和氧化物材料的容量不高；硫化物材料的循环性能差；合金材料的比容量较大，但循环性能也不够理想。

本发明提出使用脉冲激光沉积技术制备的Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)合金薄膜负极材料，是一种具有良好充放电性能的高容量新型电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提出一种性能良好的用于钠离子电池的硅锑合金负极材料及其制备方法。

本发明提出的用于钠离子电池的负极材料，是一种硅锑合金Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)纳米薄膜材料，薄膜厚度为40-80 nm，质量为0.02-0.04 mg。经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能钠离子电池的负极材料。目前为止没有关于这种硅锑合金用作钠离子电池负极材料的报道。

本发明提出的作为钠离子电池负极材料的硅锑合金材料为薄膜形式。

本发明提出的用于钠离子电池的硅锑合金负极材料的制备方法，具体步骤如下：

用半导体Si和金属Sb按比例混合制作靶材，采用脉冲激光沉积得到Si_xSb_(1-x)(0.5≤X≤0.95)合金薄膜；其中，脉冲激光波长为300-400 nm，重复频率为10-20 Hz，脉冲宽度为5-10 ns；脉冲激光和靶材表面所形成的入射角为30-45°，聚焦镜焦距为30-50 cm，衬底与靶材的距离为3-5cm；激光能量密度为2-4J/cm²；沉积时衬底温度为100-150℃，沉积室真空度为5×10^-5 Pa -7×10^-5Pa，沉积时间为30-60min。

本发明中，硅锑合金（Si_xSb_(1-x)）薄膜的物相由X射线衍射仪确定，为非晶结构。

本发明中，硅锑合金（Si_xSb_(1-x)）薄膜可直接制成钠离子电池薄膜电极。