[发明专利]一种Sn基硫化物和/或氮化物修饰氧化锡的薄膜锂电池负极及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种Sn基硫化物和/或氮化物修饰SnO₂的薄膜锂电池负极，其特征在于，包括集流体，复合在集流体上的金属缓冲层，复合在金属缓冲层上的活性物质层以及复合在活性物质层上的修饰层；所述的金属缓冲层的材料为晶格常数在3.6‑4.7之间具有导电性的金属；所述的活性物质层的材料为SnO₂；修饰层的材料为SnS₂和/或SnN_x；x为0.7～1.2。本发明还提供了所述的负极的制备方法和应用。本发明所述的负极，金属缓冲层的存在，可无需粘接相的存在下，稳定复合具有优势晶面结构的活性材料层和修饰层；例如，可紧密复合SnO₂，此外，在一定程度上“缓冲”活性物质在充放电过程中带来的体积效应。

技术领域

本发明涉及一种薄膜锂离子电池电极的制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的生要物质基础，也是直接影响经济发展的一个重要因素。进入21世纪以来，传统的能源利用方式所带来的资源短缺、环境污染、温室效应等问题日益突出，改善能源结构，开发高效、清洁的新型能源已成为全球共识。锂离子电池由于其安全、环保、高比能量和良好的电化学性能等优越的性能受到了人们的青睐。为满足传统微型电子器件的能源小型化与新兴复合储能体系一体化的要求，锂离子电池进一步发展为超薄、可弯曲、具有高能量密度的薄膜锂离子电池。

金属锂薄膜可用作薄膜锂离子电池的负极，但是锂的熔点低，对空气敏感，极易被氧化，而且锂负极会出现锂枝晶长大，形成“死锂”或造成电池内部短路等，这些缺陷限制了锂薄膜负极的应用。目前商业使用的碳素负极材料则存在能量密度低和不易薄膜化等缺点，也难以满足薄膜锂离子微电池高能量密度的要求。

目前商用化的Si基负极虽然具有极高的容量，但是贵金属的加入提高了相关成本，这也极大的限制了该类催化剂的大规模生产，因此人们将目光转移到了金属材料催化剂上。Sn基负极材料备受关注的主要原因是Sn具有很高的储锂容量。目前，薄膜电极所使用的纯Sn材料在嵌锂过程中的体积变化很大，体积膨胀效应严重，因此为了克服纯Sn薄膜负极循环性能差的问题，研究者转向了Sn-M体系金属间化合物或复合物薄膜的制备和研究。

公开号为CN1794488A的中国专利提出了一种阳极材料采用纳米尺寸硒化亚锡(SnSe)薄膜的锂离子电池及其制备方法。该薄膜材料采用脉冲激光沉积法制备获得，硒化亚锡(SnSe)薄膜的粒子尺寸为15-50nm，在反复充放电过程中呈良好的稳定性。该专利使用脉冲激光沉积法，以Sn和Se双靶共同沉积制备SnSe，但是反应沉积后的材料与集流体直接晶格不匹配，会存在较大的界面阻抗，甚至会出现脱落的现象，同时，单一制备的SnSe薄膜没有经过结构调控，仍会存在较大的体积膨胀效应，造成电极材料失活。

公开号为CN101447567A的中国专利提出了一种锂离子电池镍锡合金薄膜电极电化学沉积制备方法，该电极采用多孔的泡沫镍为基体，在泡沫镍基体上通过电化学沉积得到镍锡合金薄膜，制得以泡沫镍为基体的锂离子电池镍锡合金薄膜电极。该专利在泡沫镍上一步沉积了Sn并使其成为合金，方式简单，但是电化学沉积过程中结构与厚度包括活性物质量均较难控制，且泡沫镍的多孔结构会导致电极的体积能量密度下降，无法发挥出应有的效果。

综上所述，本领域急需开发一种简单高效可以制备复合结构的Sn基薄膜电极的制备方法，具备高能量密度与优良循环性能的薄膜电极制备一直是本领域的热门研究课题。

发明内容

为解决现有技术存在的技术问题，本发明第一目的在于，提供一种Sn基硫化物和/或氮化物修饰SnO₂的薄膜锂电池负极(本发明称为薄膜锂电池负极，或简称为负极)，旨在提供一种电学性能优异的膜负极。

本发明第二目的在于，提供了所述的薄膜锂电池负极的制备方法，旨在提供一种可良好控制活性层晶形结构和形貌的制备方法。

本发明第三目的在于，提供所述的薄膜锂电池负极在薄膜锂离子电池中的应用。