[发明专利]Si-P膜层材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Si‑P膜层材料的制备方法，包括步骤：将乙腈与四乙基氯化铵混合制成基础电解液，加入硅源和磷源后进行电沉积，从金属Ni基底电极表面即可获得所述Si‑P膜层材料。本发明与现有技术相比具有优点：利用操作简单易于控制的电沉积技术，在电极的Ni镀层表面实现P、Si的共同沉积，在实现Si膜层与Ni结构紧密包覆的同时完成P元素掺杂，最终实现用电沉积的方法获得可作为锂离子动力电池负极的电化学性能优异的Si‑P膜层材料。

技术领域

本发明涉及电气元件技术领域，特别涉及一种Si-P膜层材料的制备方法。

背景技术

全球性的能源短缺和环境危机产生以来，人们对可再生能源的需求日益迫切。锂离子电池作为新一代的清洁、环保、可再生二次能源，由于具有可逆容量高、工作电位高、自放电小以及工作温度范围宽等诸多优点，已引起了高度的关注。目前对锂离子电池的研究主要集中在正极材料的开发、应用及改性等方面，而对同样决定着锂离子电池性能的负极材料的研究相对较少而略显滞后。因此，高容量负极材料的研究和开发将是提升锂离子动力电池性能的关键因素之一。

近年来报道了Sn、Sb、Si等多种极具发展前景的新型负极材料，其中Si材料的理论容量高达4200mAh/g，是目前储锂容量最高的材料。因此Si被认为是最理想的锂离子动力电池负极材料之一。迄今为止Si材料并没有得到大规模广泛应用，其主要原因是：Li⁺嵌入Si的过程中，满电状态下形成Li₂₂Si₅合金相，Si材料的体积变化达到300％以上，巨大的体积效应将使电极粉化并从集流体上脱落，丧失了与集流体的电接触。此外Si粉化也将导致其循环性能迅速下降。因此降低Si负极材料因体积效应所造成的不利影响，改善其循环性能是Si材料在锂离子电池中获得应用首要条件。通过降低Si材料的维度，可以在特定方向上降低(或消除)对Si缩胀的约束，释放因体积变化所造成的应力，进而有效控制(或消除)体积效应所造成的不利影响。

Si本身是半导体材料，电导率低，仅有6.7×10^-4S/cm，电子传导能力弱。为了解决Si作为负极材料时自身导电性差的问题，人们大多使用微量V族元素对Si进行掺杂，构造出一种均匀连续的n型Si半导体。

P是一种应用十分广泛的n-Si掺杂剂。根据量子化学理论，P替代Si的掺杂属非等电荷掺杂，会产生多余的电荷参与导电，使导带中导电电子增多。同时由于P掺杂的引入，Si微晶活性嵌锂中心的电接触性能也得以提高，Si的导电能力随之增强。在现有的研究中一般采用真空蒸镀或磁控溅射的方式制备n-Si膜层，其原料多为事先经过P掺杂处理而获得的n-Si材料。由于制备过程对原料施加高能作用来获得膜层的方法，这便会使得膜层中P的掺杂量下降，导致整体导电能力变弱。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种Si-P膜层材料的制备方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决避免真空蒸镀或磁控溅射等膜层制备过程导致原料中的P元素的流失，本发明提供了以下技术方案：

一种Si-P膜层材料的制备方法，包括步骤：将乙腈与四乙基氯化铵混合制成基础电解液，加入硅源和磷源后进行电沉积，从金属Ni基底电极表面即可获得所述Si-P膜层材料。

优选地，所述硅源选自三氯氢硅、四氯化硅、三溴氢硅或四溴化硅。进一步，所述三氯氢硅的浓度为2.5～8mol/L；所述四氯化硅的浓度为0.5～5mol/L；所述三溴氢硅的浓度为2～5mol/L；所述四溴化硅的浓度为1～10mol/L。

优选地，所述磷源选自三氯化磷、氯化磷、三溴化磷或五溴化磷。进一步，所述三氯化磷的浓度为2.5～5mol/L；所述氯化磷的浓度为2～10mol/L；所述三溴化磷的浓度为1～6mol/L；所述五溴化磷的浓度为0.5～10mol/L。