[发明专利]一种锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括：(1)清洗硅基底，分别以锡靶和镍靶为靶材，在硅基底上沉积一层氧化锡和镍金属；(2)以甲烷为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将金刚石粉与铝粉的混合物喷涂到步骤(1)的硅基底表面，得到用于锂离子电池的负极材料；本发明通过在硅基底表面依次沉积氧化锡和镍金属，接着以甲烷作为辅助气体，将金刚石粉和铝粉喷涂在依次沉积有氧化锡和镍金属的硅基底表面，解决了硅基底和氧化锡的电子导电率较低的问题；同时，金刚石具有优异的刚性，抑制硅基底和氧化锡在嵌脱锂过程中存在的体积效应，提高锂离子电池的充放电性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

随着经济的高速发展，人类面临着能源危机和环境污染的严峻挑战，世界各国都不断寻求更加清洁环保的绿色能源。其中，锂离子电池由于其具有能量密度高、电压高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、放电电压稳定、充放电快速和环保等优点，被广泛应用于动力电池领域。锂离子电池的正极材料研究相对较多，无论从材料种类的选择还是改性方面都达到了较高的水平，随着正极材料的发展，特别是在动力电池中的应用，现有的以碳为主的负极材料越来越不适应发展的需要。负极材料作为储锂的主体，其容量和稳定性是影响性能的关键。

目前，市场上的锂离子电池主要采用石墨或改性石墨作为负极材料。然而，石墨的理论嵌锂最大容量仅为372mAh/g，且首次不可逆损失大，倍率放电性能差；另外，在锂离子嵌入时，电解液中的部分溶剂也会跟随嵌入，容易发生结构的变化，显然难以满足锂离子电池大功率、高容量的要求。因此，在锂离子电池材料技术领域，负极材料的更新换代显得更为迫切。

未来的锂离子电池负极材料必须向高容量方向发展，才能解决现有锂离子电池能量密度低的问题。硅材料是一种具有超高比容量(理论容量达到4200mAh/g)的负极材料，是传统碳系材料容量的十余倍，且放电平台与之相当，因此被视为下一代锂离子电池负极材料的首选。然而，纯硅在充放电过程中会发生巨大的体积变化(体积膨胀率300％)，导致其粉化，进而影响到电池的安全性；另一方面，纯硅的电子导电率较低，难以提升锂离子电池的大电流充放电能力。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，制备得到的负极材料能够有效抑制硅在锂脱嵌时带来的体积变化，通过在硅基底表面生成的碳纳米管确保较高的导电率，满足锂离子电池大电流充放电的要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗硅基底，分别以锡靶和镍靶为靶材，在硅基底上沉积一层氧化锡和镍金属；

(2)以甲烷为辅助气体，采用超音速火焰喷涂的方式将金刚石粉与铝粉的混合物喷涂到步骤(1)的硅基底表面，得到用于锂离子电池的负极材料。

优选的，在硅基底清洗干净后，将硅基底置于沉积室中，在惰性气体的存在下，打开偏压电源，用惰性气体的等离子体对硅基底进行溅射清洗；

所述溅射清洗的工艺参数为，电源功率30kW；沉积室压强为2～5Pa，对基底施加的负偏压为-600V，所述偏压占空比为50％，溅射清洗的时间为10～20min。

优选的，步骤(1)中，所述氧化锡的沉积厚度为1～5μm、镍金属的沉积厚度为0.5～1μm。

优选的，所述的步骤(2)中，所述超音速火焰喷涂的喷涂参数为，采用氧气作为助燃气，氢气作为燃气，氮气作为送粉气体；