【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池材料領域，尤其涉及一種碳硅負極結構與硅碳負極結構的制備方法。
技術介紹
1、目前，利用硅材料的高比容量和碳材料的穩定性制備硅碳復合負極材料是最有效的途徑之一。在眾多硅碳復合負極材料制備工藝中，因化學氣相沉積法(cvd)制備的硅碳復合負極具有充放電效率高、循環穩定性好、對設備要求較低、適合工業化生產等優勢，受到了廣泛關注。其核心是通過多孔碳骨架來儲硅，一般利用cvd法在多孔碳內表面沉積硅，多孔碳能夠為硅提供電子導電網絡，同時利用多孔碳內部的空隙來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹，實現良好的循環穩定性。但對于氣相沉積硅碳而言，多孔碳基底與硅之間的結合力差，當硅在充放電過程中遭受巨大的體積變化時，活性材料硅容易從多孔碳基底中脫落。硅由于脫離了碳基底構建的電子導電網絡，在電化學循環過程中將產生嚴重的電化學極化，最終導致負極材料的容量損失。
2、就目前而言，關于硅碳界面改性的研究，主要針對于其他方法制備的硅碳復合材料，例如犧牲模板法，鎂熱還原法等。尚未有本領域技術人員在氣相沉積硅碳的領域中提出，因而，如何改善硅和多孔碳之間的界面不適配性，牢固硅與多孔碳的結合，抑制硅在嵌脫鋰過程中產生的電化學極化，提升硅碳負極的電化學性能，成為本領域技術人員亟需解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構與硅碳負極結構的制備方法，以解決氣相沉積法沉積硅制備的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構中，硅和碳之間結合力小的問題。
2、根據本專利技術的
3、多孔碳基底；
4、硅顆粒；
5、中間粘合層；所述中間粘合層與所述硅顆粒，以及所述中間粘合層與所述多孔碳基底之間均具有界面親和性；
6、其中，所述中間粘合層包覆于所述多孔硅基底的表面，所述硅顆粒通過所述中間粘合層粘合到所述多孔碳基底的表面，且包覆于所述多孔硅基底的表面各區域的所述中間粘合層的厚度分布均勻。
7、可選的，所述中間粘合層的厚度小于10nm。
8、可選的，所述中間粘合層包括：二硫化鉬、氮化硼、碳化硅、磷化鋁、磷化鎵、鈦化硼、氮化硅、氮化鎵、氮化鋁、氧化鋁、磷或硫。
9、根據本專利技術的第二方面，提供了一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，包括：
10、提供多孔碳基底；
11、利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層；其中，包覆于所述多孔硅基底的表面各區域的所述中間粘合層的厚度分布均勻；
12、沉積硅顆粒；所述硅顆粒沉積于所述中間粘合層的表面；
13、其中，所述中間粘合層與所述硅顆粒，以及所述中間粘合層與所述多孔碳基底之間均具有界面親和性，以使得所述硅顆粒通過所述中間粘合層粘合到所述多孔碳基底的表面。
14、可選的，中間粘合層的厚度<10nm。
15、可選的，沉積所述硅顆粒時采用的方式為：化學氣相沉積法。
16、可選的，所述中間粘合層為磷，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
17、在真空度-0.2～-0.5mpa下，將所述磷和所述多孔碳基底密封石英管中；
18、將石英管以5-20℃/min的升溫速率從室溫加熱至450-600℃，并保持10-36h；
19、將石英管冷卻至200-300℃，保持12-36h，并冷卻至室溫。
20、可選的，所述中間粘合層為磷，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
21、真空度為-0.2～-0.3mpa下，將所述磷和所述多孔碳基底密封在石英管中；
22、將石英管以5-10℃/min的升溫速率從室溫加熱至450-500℃，并保持12-18h；
23、將石英管冷卻至200-250℃，保溫18-24h；冷卻至室溫。
24、可選的，所述中間粘合層為al2o3，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
25、通過h2、co2和alcl3之間的反應，對al2o3納米顆粒進行沉積；其中，氣體混合物包括h2、co2和alcl3，alcl3的濃度控制在10％以內；流量為0.5-3l/min；沉積溫度控制在1000-1500℃以下；保持0.5-2h，壓力為：500-800托。
26、可選的，所述中間粘合層為al2o3，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
27、al2o3納米顆粒的沉積通過h2、co2和alcl3之間的反應形成；其中，氣體混合物包括：h2、co2和alcl3；alcl3的濃度控制在8％以下；流量為0.5-1.5l/min；沉積溫度控制在1000-1200℃，保持0.5-1.5h，壓力為：700-800托。
28、可選的，所述中間粘合層為sic，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
29、以ch3sicl3(mts)為反應氣源，以h2為載氣沉積sic；其中，mts濃度為10％～30％；腔室升溫速率為2-10℃/min；沉積工藝溫度設定為1000℃-1500℃；沉積時間為：60-300min，冷卻速率為：1-5℃/min，壓力為500-800torr。
30、可選的，所述中間粘合層為sic，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
31、以ch3sicl3(mts)為反應氣源，以h2為載氣沉積sic；其中，mts濃度為10％～15％；腔室升溫速率為3-8℃/min；沉積工藝溫度設定為1200℃～1400℃；沉積時間為60-180min；冷卻速率為3-5℃/min：壓力：為700-800torr。
32、可選的，所述中間粘合層為bn，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
33、前驅體的通量為bcl3和nh3，對應流量比設定為1：3-1：5；n2用作載氣；總氣壓為0.5-2.5托；基板溫度為900–1300℃；bn的生長時間為0.5-2h。
34、可選的，所述中間粘合層為bn，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
35、前驅體的通量為bcl3和nh3，對應流量比設定為1：3-1：4；n2用作載氣；總氣壓為1-2托；基板溫度為1100–1200℃；bn的生長時間為1-2h。
36、根據本專利技術的第三方面，提供了一種電池，包括：本專利技術第一方面的任一項所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構。
37、根據本專利技術的第四方面，提供了一種電池的制備方法，包括本專利技術第二方面的任一項所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法。
38、本專利技術提供的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，所述中間粘合層的厚度小于10nm。
3.根據權利要求1所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，所述中間粘合層包括：二硫化鉬、氮化硼、碳化硅、磷化鋁、磷化鎵、鈦化硼、氮化硅、氮化鎵、氮化鋁、氧化鋁、磷或硫。
4.一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，中間粘合層的厚度<10nm。
6.根據權利要求5所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，沉積所述硅顆粒時采用的方式為：化學氣相沉積法。
7.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為磷磷，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
8.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為磷，采
9.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，所述中間粘合層為Al2O3，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
10.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，所述中間粘合層為Al2O3，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
11.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為SiC，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
12.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為SiC，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
13.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為BN，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
14.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為BN，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
15.一種電池，其特征在于，包括：權利要求1-3任一項所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構。
16.一種電池的制備方法，其特征在于，包括：權利要求4-14任一項所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法。
...【技術特征摘要】
1.一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，所述中間粘合層的厚度小于10nm。
3.根據權利要求1所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構，其特征在于，所述中間粘合層包括：二硫化鉬、氮化硼、碳化硅、磷化鋁、磷化鎵、鈦化硼、氮化硅、氮化鎵、氮化鋁、氧化鋁、磷或硫。
4.一種包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，中間粘合層的厚度<10nm。
6.根據權利要求5所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，沉積所述硅顆粒時采用的方式為：化學氣相沉積法。
7.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為磷磷，利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
8.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，其特征在于，所述中間粘合層為磷，采用化學氣相沉積法形成所述中間粘合層利用采用化學氣相沉積法在所述多孔碳基底的表面形成中間粘合層，具體包括：
9.根據權利要求6所述的包含硅碳粘結層的碳硅負極結構的制備方法，所述中間粘合層為al2o3，利用采用...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王建軍，
申請(專利權)人：深圳凝石材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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