硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法技术

本申请提供一种硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法。该硅负极包括：负极集流体；以及形成于所述负极集流体表面的硅活性层，其中，所述硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。本发明专利技术实施例的硅负极中的硅活性层的多个硅嵌锂区之间存在间隙，由此可以为在嵌锂时产生体积膨胀的硅提供容纳空间，避免硅活性层在脱嵌锂时产生开裂和脱落，提高全固态锂离子电池的循环寿命。电池的循环寿命。电池的循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池
，具体涉及一种硅负极及其制备方法、以及全固态锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]硅负极有着高达4200mAh/g的理论比容量，是传统石墨负极理论比容量的十倍以上，有望大幅度提升下一代锂离子电池的能量密度。但是，硅负极有一个致命的缺点就是硅在嵌锂时会发生超过300％的体积膨胀，这是因为硅负极在嵌锂后会形成锂硅合金，产生巨大的体积变化，在液态锂离子电池中，这种变化会导致SEI膜不断的形成和破裂，导致活性锂损失，容量快速降低。相对于液态锂离子电池而言，全固态锂离子电池采用固态电解质代替液态电解液，所以只有表层的固态电解质会跟负极的表层接触，能够减少固态电解质界面相的反复生成。
[0003]目前，为了缓解硅的膨胀，大部分应用都是基于纳米硅跟碳骨架结合应用，但这在全固态锂离子电池中并不适用，因为碳骨架无法传导锂离子，且这种硅碳负极中硅的含量较低，无法发挥硅的高比容量，且碳骨架可能与固态电解质反应，从而导致全固态电池的能量密度降低并加速循环寿命衰减。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种能够避免硅活性层在脱嵌锂时产生开裂和脱落的硅负极。
[0005]本专利技术还提供一种硅负极的制备方法。
[0006]本专利技术还提供一种全固态锂离子电池。
[0007]本专利技术还提供一种全固态锂离子电池的制备方法。
[0008]根据本专利技术第一方面实施例的硅负极，所述硅负极包括：
[0009]负极集流体；以及
[0010]形成于所述负极集流体表面的硅活性层，
[0011]其中，所述硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。
[0012]进一步地，所述间隙在所述硅活性层中的面积占比为20％
‑
70％。
[0013]进一步地，所述负极集流体选自铜箔、涂碳铜箔、不锈钢箔中的一种或多种。
[0014]根据本专利技术第二方面实施例的硅负极的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1，在反应器中提供负极集流体；
[0016]S2，在所述步骤S1的负极集流体表面形成沉积层；
[0017]S3，采用蚀刻法在所述步骤S2的沉积层表面蚀刻，以得到间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。
[0018]进一步地，所述步骤S1中，所述反应器内的温度为500℃
‑
850℃，压强为300Pa
‑
2000Pa。
[0019]进一步地，所述步骤S2中，将所述步骤S1的负极集流体暴露于含硅的气相前驱体中，加热以使所述气相前驱体发生热解，并沉积在所述负极集流体表面形成所述沉积层。
[0020]进一步地，所述步骤S2中，所述负极集流体暴露于所述气相前驱体的时间为1min
‑
500min，所述沉积层的厚度为20nm
‑
10μm。
[0021]进一步地，所述气相前驱体为硅烷、硅烷衍生物、或其混合物。
[0022]进一步地，所述步骤S3包括：
[0023]S31，在沉积好硅材料的集流体上均匀涂抹一层光刻胶，加热蒸发光刻胶溶剂；
[0024]S32，通过设计好的掩模版对光刻胶进行曝光聚合，然后移除非聚合光刻胶，并再次进行烘干；
[0025]S33，用刻蚀溶液刻蚀掉没有被光刻胶覆盖的硅层；
[0026]S34，用溶剂将光刻胶洗掉并烘干就得到了带图案的硅负极极片。
[0027]根据本专利技术第三方面实施例的全固态锂离子电池，包括依次叠置的包括依次叠置的正极集流体、复合正极、固态电解质层、硅负极，其中，所述硅负极为上述的硅负极。
[0028]根据本专利技术第四方面实施例的全固态锂离子电池的制备方法，包括如下步骤：
[0029]S100，提供硅负极，所述硅负极为上述的方法制备硅负极；
[0030]S200，提供固态电解质层；
[0031]S300，提供复合正极；
[0032]S400，将正极集流体、所述复合正极、所述固态电解质层、所述硅负极依次叠置，并进行压制得到电芯；
[0033]S500，基于所述电芯，进行封装，得到所述全固态锂离子电池。
[0034]本专利技术的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
[0035]根据本专利技术实施例的硅负极，该硅负极在负极集流体的表面形成硅活性层，硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个硅嵌锂区之间的间隙在硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。也就是说，硅活性层的多个硅嵌锂区之间存在间隙，由此可以为在嵌锂时产生体积膨胀的硅提供容纳空间，避免硅活性层在脱嵌锂时产生开裂和脱落，提高全固态锂离子电池的循环寿命。
附图说明
[0036]图1为本专利技术一个实施例的硅负极的结构示意图；
[0037]图2为本专利技术另一个实施例的硅负极的结构示意图；
[0038]图3为本专利技术实施例的硅负极的制备方法流程图；
[0039]图4为本专利技术实施例的全固态锂离子电池的结构示意图；
[0040]图5为本专利技术实施例的全固态锂离子电池的制备方法流程图。
[0041]附图标记：1.硅负极；10.负极集流体；11.硅活性层；111.硅嵌锂区；112.间隙；2.固态电解质层；30.复合正极；31.正极集流体。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例的
技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0043]除非另作定义，本专利技术中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0044]下面首先具体描述本专利技术第一方面实施例的硅负极1。
[0045]为了给嵌锂时发生体积膨胀的硅提供足够的容纳空间，在硅负极1的硅活性层11中的多个硅嵌锂区111之间形成间隙112，且间隙112在硅活性层11表面呈间隔开的斑点状分布，从而间隙112可以缓冲硅嵌锂层的横向膨胀。如图1、图2所示，硅负极1包括：负极集流体10；以及形成于负极集流体10表面的硅活性层11，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅负极，其特征在于，所述硅负极包括：负极集流体；以及形成于所述负极集流体表面的硅活性层，其中，所述硅活性层包括间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。2.根据权利要求1所述的硅负极，其特征在于，所述间隙在所述硅活性层中的面积占比为20％
‑
70％。3.根据权利要求1所述的硅负极，其特征在于，所述负极集流体选自铜箔、涂碳铜箔、不锈钢箔中的一种或多种。4.一种权利要求1至3任一项所述的硅负极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，在反应器中提供负极集流体；S2，在所述步骤S1的负极集流体表面形成沉积层；S3，采用蚀刻法在所述步骤S2的沉积层表面蚀刻，以得到间隔开分布的多个硅嵌锂区，且多个所述硅嵌锂区之间的间隙在所述硅活性层表面呈间隔开的斑点状分布。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述反应器内的温度为500℃
‑
850℃，压强为300Pa
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2000Pa。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，将所述步骤S1的负极集流体暴露于含硅的气相前驱体中，加热以使所述气相前驱体发生热解，并沉积在所述负极集流体表面形成所述沉积层。7.根据权利要求6所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐豪，徐芳林，潘瑞军，朱冠楠，蔡毅，
申请(专利权)人：上海轩邑新能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：