[发明专利]复合型碳薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种复合型碳薄膜及其制备方法和应用。所述复合型碳薄膜的制备方法包括如下步骤有：将碳靶材和能量密度贡献主体元素靶材在真空条件下进行磁控溅射处理，在基体上生长复合型碳薄膜层。本发明复合型碳薄膜的制备方法一方面赋予制备的复合型薄膜的比表面积增大，可以保护活性物质，防止其聚集和破裂；另一方面能稳定碳与活性物质电子传输，又可以减少和阻止电解液与能量密度贡献主体之间的不可逆副反应，减少固体电解质膜(SEI)的产生；另外，形成的碳硅复合型薄膜不仅可以防止电解质的进入和进一步与纳米级氧化物接触，还可以减轻锂化过程氧化物上的应变；其次，其条件易控，有效保证生长的复合型碳薄膜化学性能稳定，效率高。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，尤其涉及一种复合型碳薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂电池由于其安全，容量高、能量密度大、造价低廉、循环寿命长、工作电压高等优点，成为当今最具潜力的能量储存体系之一，并已得到广泛运用。如由于锂电池便捷可携带的特点使其作为一种便携式新型能源在众多电子产品领域获得了广泛地运用。其中，电极材料的性能直接决定了锂离子电池的性能。

目前，锂离子电池用负极材料的重点研究方向正朝着高比容量，大倍率高循环性能和高安全性能的动力型电池材料方向发展。

但硅负极在电池充放电过程中体积膨胀高，易造成材料的粉化，丧失与集流体电接触，致其循环性能迅速下降；硅作为半导体材料，导电性能比石墨负极差很多，锂离子脱嵌过程中的不可逆程度大，导致硅基负极材料的首次库伦效率低，影响电池的正常容量发挥由于活性物质在循环过程中体积变化会导致结构破坏，而加入碳就会改善这些问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合型碳薄膜及其制备方法，以解决现有硅库伦效率低，容量低的技术问题。

本发明的另目的在于提供一种电极片和及其应用，以解决现有硅的电极片存在充放循环和大倍率性能不理想的技术问题。

为了实现本发明的发明目的，本发明的一方面，提供了一种复合型碳薄膜的制备方法。所述复合型碳薄膜的制备方法包括如下步骤：

将碳靶材和能量密度贡献主体元素靶材在真空条件下进行磁控溅射处理，在基体上生长复合型碳薄膜层。

本发明的另一方面，提供了一种复合型碳薄膜。所述复合型碳薄膜是根据本发明制备方法制备获得。

本发明的又一方面，提供了一种电极片。所述电极片为本发明制备方法制备获得；其中，所述基体为集流体。

本发明的再一方面，提供了本发明电极片在锂离子电池或超级电容器中的应用。

与现有技术相比，本发明复合型碳薄膜的制备方法将碳靶材和能量密度贡献主体元素靶材直接采用磁控溅射法沉积形成。这样，使得纳米级能量密度贡献主体元素嵌在碳基体中，从而一方面赋予制备的复合型薄膜的比表面积增大，方便锂离子的存在，可以调节体积变化，可以保护活性物质，防止其聚集和破裂；另一方面还可以稳定碳与活性物质电子传输，又可以减少和阻止电解液与能量密度贡献主体之间的不可逆副反应，减少固体电解质膜(SEI)的产生；另外，形成的复合型碳薄膜不仅可以防止电解质的进入和进一步与纳米级氧化物接触，还可以减轻锂化过程氧化物上的应变；其次，采用磁控溅射法生长形成膜层，其条件易控，有效保证生长的复合型碳薄膜化学性能稳定，效率高，适用于工业化大规模的生产。

本发明电极片由于是利用本发明制备方法直接在集流体上生长形成复合型碳薄膜层。且所述电极片所含的复合型碳薄膜层能够有效阻止电解液与纳米级能量密度贡献主体元素的直接接触，可以减少和阻止电解液与能量密度贡献主体之间的不可逆副反应，减少固体电解质膜(SEI)的产生，提高了电极的循环稳定性，减轻周期性体积变化的应力，稳定锂离子嵌入/脱出过程中的结构稳定性，从而赋予所述电极片良好的循环可逆性，保持了较高的比容量，而且具有大倍率性能，安全性能高。