[发明专利]二氧化锡‑氧化亚钴复合薄膜材料、锂电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种二氧化锡-氧化亚钴复合薄膜材料、锂电池及制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种新型高效的化学电源，具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小和工作温度范围宽等优点，是当今各种便携式电子产品的理想化学电源，也是未来电动汽车优选动力电源，具有广阔的应用空间和经济价值。

锂离子电池通常由正极、负极和电解液组成。当对锂离子电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极，到达负极的锂离子嵌入负极中，其中嵌入负极的锂离子数量越多，充电容量越高；当对锂离子电池放电时，嵌在负极中的锂离子脱离，经过电解液回到正极，其中回到正极的锂离子越多，放电容量越高。也就是说，锂离子电池中负极材料的容量性能对锂离子电池的能量密度具有重要的影响。

二氧化锡(SnO₂)作为锂离子电池的负极材料，其理论容量(782mAh/g),是目前最有商业化前景的碳材料替代材料之一。但是工作过程中，锡基电极(由二氧化锡材料组成的电极)存在锂金属化和脱合金化，由于锂金属化和脱合金化过程中伴随着巨大的体积膨胀和收缩，使得锡基电极产生严重的机械应变，最终导致锡基电极产生裂纹或者粉化。

发明内容

本发明实施例中提供了一种一种二氧化锡-氧化亚钴复合薄膜材料、锂电池及制备方法，以解决现有技术中由于锡基电极的锂金属化和脱合金化使得锡基电极产生严重的机械应变，最终导致锡基电极产生裂纹或者粉化的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种二氧化锡-氧化亚钴复合薄膜材料，包括间隔设置的二氧化锡层和氧化亚钴层；

其中，所述二氧化锡层和氧化亚钴层间隔设置，单层所述二氧化锡层或氧化亚钴层的厚度为2nm-50nm，所述二氧化锡层或氧化亚钴层的总层数为20-100。

优选地，任意两层二氧化锡层的厚度相等；和/或，任意两层氧化亚钴层的厚度相等。

优选地，任意一层二氧化锡层和任意一层氧化亚钴层的厚度相等。

第二方面，本发明实施例提供了一种锂电池，所述锂电池的负极采用上述第一方面所述的复合薄膜材料。

第三方面，本发明实施例提供了一种二氧化锡-氧化亚钴复合薄膜材料的制备方法，采用激光脉冲沉积设备，所述方法包括：

将靶材和基片放置在激光脉冲沉积腔中，所述靶材包括纯度为99.9％的二氧化锡和氧化亚钴；

对所述激光脉冲沉积腔抽真空，当所述激光脉冲沉积腔内的真空度为1×10^-5Pa时，通入高纯氧气，调节氧气压强至0.1-1Pa；

将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片上，交替20-100个沉积周期；

其中，在每个沉积周期内，二氧化锡的沉积厚度为2nm-50nm，氧化亚钴的沉积厚度为2nm-50nm。

优选地，所述将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片上，包括：

将基片温度设置为室温，将所述激光脉冲沉积设备的激光脉冲能量密度设置为30J·cm²；

分别按照0.02nm/s和0.03nm/s的沉积速率将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片。

第四方面，本发明实施例提供了一种二氧化锡-氧化亚钴复合薄膜材料的制备方法，采用磁控溅射仪，所述方法包括：

将靶材和基片放置在磁控溅射沉积腔中，所述靶材包括纯度为99.9％的金属锌和金属钴；

对所述磁控溅射沉积腔抽真空，当所述磁控溅射沉积腔内的真空度为1×10^-5Pa时，通入氩气和氧气，调节总压强至0.3-5Pa；

将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片上，交替20-100个沉积周期；

其中，在每个沉积周期内，二氧化锡的沉积厚度为2nm-50nm，氧化亚钴的沉积厚度为2nm-50nm。

优选地，所述将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片上，包括：

将基片温度设置为室温，将所述磁控溅射仪的电源功率调节至70W；

分别按照0.02nm/s和0.03nm/s的沉积速率将二氧化锡和氧化亚钴交替沉积在所述基片。

优选地，所述氩气和氧气的分压比为1:1-1:3。