[发明专利]复合电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种复合电极材料及其制备方法和应用。所述复合电极材料包括线性密度结构基本单元，所述线性密度结构基本单元为多孔结构，且包括含第一电极材料的第一电极材料层和含第二电极材料的第二电极材料层以及形成于所述第一电极材料膜层和第二电极材料膜层之间的过渡层。所述复合电极材料保持了锂离子嵌入/脱出过程中的结构稳定性，而且电化学性能优异。其制备方法效保证生长的所述复合电极材料的化学性能稳定，赋予所述复合电极材料大倍率性能良好，安全性能良好，效率高。

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，尤其涉及一种复合电极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池由于工作电压高、体积小、质量轻、能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、循环寿命长，是21世纪发展的理想能源，目前开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中开始试用，预计将成为21世纪电动汽车的主动能力电源之一，并将在人造卫星、航空航天和储能方面得到应用。但受制于常规正负极活性物质的比容量，目前商业化的锂离子电池很难满足更高能量密度的需求，因此，开发高能量密度的电极材料是锂离子电池的一个重要应用研究方向。

钛酸锂材料具有安全性好、结构稳定、锂离子迁移率高、循环可逆性好等优点，已成为锂离子电池发展和应用中极具前景的负极材料。但由于钛酸锂材料能量密度较低的缺点限制了其大规模应用。硅材料具有放电比容量大、脱嵌锂电位低的优点，但硅材料嵌锂以后体积膨胀较大，在循环过程中容量衰减较快。在以往的“固态非晶化理论”研究中表面无定形锂化硅在锂离子在插入期间占有优势，最高可达0.05V，随后当电池电位降至较低值(电压0.05V)时，形成新的晶体(Li₁₅Si₄)化合物。硅钛多层复合电极材料相比于Si具有相对较好的循环稳定性，钛酸锂能够有效缓冲Si的体积变化，改善电极的循环稳定性。但是，硅钛复合仍然存在在完全嵌锂状态下还有近200％的体积膨胀、首次效率低、导电性差等缺陷，这些缺陷易导致容量的快速衰减。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种电极材料复合结，以解决现有电极材料存在的能量密度较低或存在容量衰减快等的技术问题。

本发明的另目的在于提供一种电极片和及其应用，以解决现有电极片的高能量密度低或存在容量衰减快等技术问题。

为了实现本发明的发明目的，本发明的一方面，提供了一种复合电极材料。所述复合电极材料包括线性密度结构基本单元，所述线性密度结构基本单元为多孔结构，且包括含第一电极材料的第一电极材料层和含第二电极材料的第二电极材料层以及形成于所述第一电极材料层和第二电极材料层之间的过渡层；所述过渡层中含有所述第一电极材料和所述第二电极材料，沿所述第一电极材料层至所述第二电极材料层的方向，所述第一电极材料的质量含量递减，所述第二电极材料的质量含量递增；且由所述第一电极材料层至所述过渡层和由所述第二电极材料层至所述过渡层方向，所述线性密度结构基本单元的体积密度呈现梯度变化。

本发明的另一方面，提供了一种复合电极材料的制备方法。所述复合电极材料的制备方法包括如下步骤：

将用于沉积形成第一电极材料的第一靶材和用于沉积形成第二电极材料的第二靶材在气相沉积条件下，通过控制对所述第一靶材或/和所述第二靶材的溅射功率、间歇时间控制，使得在基体上生长含有线性密度结构基本单元的本发明复合电极材料。

本发明的又一方面，提供了一种复合薄膜。所述复合薄膜包括基体和生长在所述基体表面的复合电极材料层，且所述复合电极材料层的复合电极材料为本发明复合电极材料或由本发明制备方法制备的复合电极材料。

同时，本发明提供了一种电极片。所述电极片包括集流体，在所述集流体表面上还生长有复合电极材料层，且所述复合电极材料层的复合电极材料为本发明复合电极材料或由本发明制备方法制备的复合电极材料。

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。