[发明专利]LiF/SiOx

说明书

本发明涉及一种LiF/SiO_x薄膜及其制备方法，其中制备方法包括：将纯度大于99％的铜箔作为衬底装载在等离子体增强化学气相沉积的腔室内；对所述腔室抽真空，待所述蒸镀腔体的真空度达到10^‑4Pa，通入反应源气体SiH₄和N₂O；调节射频功率使反应源气体变为等离子态并打在衬底上，进行镀膜；镀膜完成后关闭射频装置，停止抽真空，待冷却至室温取出SiO_x薄膜样品；将SiO_x薄膜放入磁控溅射腔室内的基板上，并装上LiF靶材；抽真空度至10^‑4Pa，通入氩气；调节射频功率，将LiF溅射在SiO_x薄膜上；溅射完成后待冷却至室温取出制备的LiF/SiO_x薄膜材料。本申请制备的LiF/SiO_x薄膜材料具有循环稳定性好，放电容量高等优点，具有一定的商业前景。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，尤其是涉及一种LiF/SiO_x薄膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池的负极是影响电池性能的主要因素，而现如今开发代替石墨的高比容负极材料已经成为重中之重。而Si负极材料理论比容量高达4200mAh/g，其还具备储量丰富、环境友好等优势，因此被认为是极具潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。但是硅负极材料在大规模应用中存在几个问题亟待解决，首先是它在锂化/脱锂过程中较大的体积膨胀(约300％)，还有就是巨大的体积膨胀会破坏负极材料表面的SEI膜，使得材料表面会与电解液直接接触，持续生长SEI膜。而SEI膜具备离子导通和电子绝缘的特性，SEI膜的反复生长使得粉化的硅二次颗粒绝缘，与集流器失去电接触，有效活性物质质量减少，最终导致了储锂性能持续衰减。此外，Si作为半导体材料，本征电导率和锂离子迁移系数都较低，因此Si负极倍率性能较差。

引入氧形成的SiO_x负极材料可以有效缓解这些问题。锂化过程中SiO_x中的O与Li、Si反应生成了电化学惰性的Li₂O和Li₄SiO₄，其充当了机械缓冲矩阵，缓解了循环过程中SiO_x材料体积变化。

制备SiO_x材料的常见工艺主要为化学合成法,化学合成法的工艺步骤较为复杂，通常是利用球磨机将SiO粉末研细，再通过化学反应制备出不同结构的SiO_x材料，再在SiO_x材料中添加导电剂和粘结剂，最终制成SiO_x负极。这样制备出的SiO_x薄膜不稳定，对工艺环境要求也高而且SiO_x薄膜的电化学性能优于Si负极，但是其首次库伦效率较低，充放电的时候体积膨胀仍然有160％，就导致了其循环稳定性也不够理想，制约了其商业化的应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明尝试用等离子体增强化学气相沉积法制备SiO_x薄膜，

本申请提供一种的LiF/SiO_x薄膜的制备方法，包括如下步骤：

将纯度大于99％的铜箔作为衬底装载在等离子体增强化学气相沉积的腔室内；对所述腔室抽真空，待所述蒸镀腔体的真空度达到10^-4Pa，通入反应源气体SiH₄和N₂O；调节射频功率使反应源气体变为等离子态并打在衬底上，进行镀膜；镀膜完成后关闭射频装置，停止抽真空，待冷却至室温取出SiO_x薄膜样品；将SiO_x薄膜放入磁控溅射腔室内的基板上，并装上LiF靶材；抽真空度至10^-4Pa，通入氩气；调节射频功率，将LiF溅射在SiO_x薄膜上；溅射完成后待冷却至室温取出制备的LiF/SiO_x薄膜材料。