一种新能源电池新型阴极材料制作方法

技术领域

本发明属于锂电池负极材料技术领域，具体地说，涉及一种新能源电池新型阴极材料制作方法。

背景技术

目前，全球锂离子电池负极材料销量约十余万吨，产地重要为我国和日本，根据现阶段新能源汽车上升趋势，对负极材料的需求也将呈现一个持续上升的状态。目前全球锂离子电池负极材料仍然以天然/人造石墨为主，新型负极材料如中间相炭微球、钛酸锂、硅基负极、HC/SC、金属锂也在快速上升中。

锂离子电池对负极材料的基本要求主要有：允许较多的锂离子可逆脱嵌，比容量较高；在充放电过程中结构相对稳定，具有较长的循环寿命；能够与电解液形成稳定的固体电解质膜，保证较高的库仑效率。

但目前新型负极材料中综合性能较优的涂布石墨仍存在以下问题：储能比容量仍有较大提升空间；充放电过程涂层易膨胀、龟裂、脱落；实现方式仍以涂布方式实现，厚度较厚一般在100μm左右。

发明内容

要解决的问题

针对现有储能比容量仍有较大提升空间；充放电过程涂层易膨胀、龟裂、脱落；实现方式仍以涂布方式实现，厚度较厚的问题，本发明提供一种新能源电池新型阴极材料制作方法。

技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种新能源电池新型阴极材料制作方法，采用以下步骤：

步骤1：对反应室进行抽气真空处理，使得反应室内的反应环境达到高真空环境；

步骤2：向反应室内输入预设数量的氩气Ar，使得反应室内的气压达到预设数值；

步骤3：使用自由电子撞击反应室内的Ar分子，使得Ar解离，产生二次电子与Ar离子；

步骤4：在定制特殊硅锡孪靶上施加负电位，铜箔上施加正电位；

步骤5：Ar离子受负电位影响，加速撞击靶材，定制特殊硅锡孪靶上的硅、锡离子被撞击脱离靶材；

步骤6：硅、锡离子受硅、锡影响，吸附在铜箔表面，实现硅锡上膜，上膜后生成新生物质硅锡合金。

进一步地，所述硅锡合金膜的膜层厚度为1μm。

进一步地，所述定制特殊硅锡孪靶表面设有封闭磁场，所述封闭磁场在靶面上形成正交电磁场。

更进一步地，所述正交电磁场将所述二次电子束缚在靶面特定区域。

进一步地，所述硅、锡吸附在铜箔表面上膜是进行相互交替上膜。

一种新能源电池新型阴极材料制作方法，通过对反应室进行抽气真空处理，使得反应室内的反应环境达到高真空环境，在向反应室内输入预设数量的氩气Ar，使得反应室内的气压达到预设数值，然后使用自由电子撞击反应室内的Ar分子，使得Ar解离，产生二次电子与Ar离子，在定制特殊硅锡孪靶上施加负电位，铜箔上施加正电位，Ar离子受负电位影响，加速撞击靶材，定制特殊硅锡孪靶上的硅、锡离子被撞击脱离靶材，硅、锡离子受硅、锡影响，吸附在铜箔表面，实现硅锡上膜，上膜后生成新生物质硅锡合金，同等储能量成本更低，充放电过程不易膨胀、龟裂、脱落，循环寿命长。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明以中频磁控溅射方式电镀，将硅锡合金膜层控制在1μm，铜箔单位质量下硅锡合金膜层面积比涂布硅更大，电池储能可提高约2-3倍；

(2)本发明中的硅锡合金膜表面均匀，膨胀率低、抗氧化性强、柔韧性高，更易保持表面完整性而使用寿命较涂布硅铜箔高出约15％；

(3)本发明技术提升带来生产成本下降，若以“1μm硅锡合金+6μm铜箔+1μm硅锡合金”铜箔替换“100μm石墨+6μm铜箔+100μm石墨”涂布石墨铜箔，同等储能量成本可降低10％。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或示例性中的技术方案，下面将对实施例或示例性描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以按照这些附图示出的获得其他的附图。

图1为本发明的步骤示意图；

图2为本发明的磁场离子示意图；

图3为本发明的反应室内部结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部的实施例，通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种新能源电池新型阴极材料制作方法，采用以下步骤：

先对反应室进行抽气真空处理，使得反应室内的反应环境达到高真空环境，在向反应室内输入预设数量的氩气Ar，使得反应室内的气压达到预设数值，然后使用自由电子撞击反应室内的Ar分子，使得Ar解离，产生二次电子与Ar离子，在定制特殊硅锡孪靶上施加负电位，铜箔上施加正电位，Ar离子受负电位影响，加速撞击靶材，定制特殊硅锡孪靶上的硅、锡离子被撞击脱离靶材，硅、锡离子受硅、锡影响，吸附在铜箔表面，实现硅锡上膜，上膜后生成新生物质硅锡合金。

对反应室进行抽气真空处理，使得反应室内的反应环境达到高真空环境，向反应室内输入预设数量的氩气Ar，使得反应室内的气压达到预设数值，使用自由电子撞击反应室内的Ar分子，使得Ar解离，产生二次电子与Ar离子。

在定制特殊硅锡孪靶上施加负电位，铜箔上施加正电位，定制特殊硅锡孪靶表面设有封闭磁场，所述封闭磁场在靶面上形成正交电磁场，正交电磁场将所述二次电子束缚在靶面特定区域，Ar离子受负电位影响，加速撞击靶材，定制特殊硅锡孪靶上的硅、锡离子被撞击脱离靶材，硅、锡离子受硅、锡影响，吸附在铜箔表面，硅、锡吸附在铜箔表面上膜是进行相互交替上膜，实现硅锡上膜，上膜后生成新生物质硅锡合金，硅锡合金膜的膜层厚度为1μm。

通过上述描述可知，在本实例中，通过对反应室进行抽气真空处理，使得反应室内的反应环境达到高真空环境，在向反应室内输入预设数量的氩气Ar，使得反应室内的气压达到预设数值，然后使用自由电子撞击反应室内的Ar分子，使得Ar解离，产生二次电子与Ar离子，在定制特殊硅锡孪靶上施加负电位，铜箔上施加正电位，Ar离子受负电位影响，加速撞击靶材，定制特殊硅锡孪靶上的硅、锡离子被撞击脱离靶材，硅、锡离子受硅、锡影响，吸附在铜箔表面，实现硅锡上膜，上膜后生成新生物质硅锡合金。

实施例2

在高真空的环境下，反应室通入适当的氩气Ar，并控制在适当的压力下，反应室内的自由电子去撞击Ar分子，造成Ar的解离，产生二次电子与Ar离子，Ar离子受到靶材上负电位的影响，加速去撞击靶材，将靶材上的硅、锡给撞击下来，并沉积在铜箔表面上。

过在阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束，提高等离子体密度，以增加溅射率。本方案在双极溅射中增加了平衡于孪靶表面的封闭磁场，在靶面上形成正交电磁场，将二次电子束缚在靶面特定区域，以提高电离效率，增加离子密度和能量，从而实现高速溅射过程，突破了当今行业新型材料难以镀硅的难题。

在阴极材料储能和抗氧化问题上，发明定制特殊硅锡孪靶，配合中频磁控溅射实现了硅锡正常相互交替上膜，上膜后产生新生物质硅锡合金(SixSny)，经实测验证锂离子嵌入容量扩增至少2-3倍。经可靠性测试其抗氧化时间延长至少15％。型式试验中无龟裂、无膨胀。并且已经同步验证本方案可解决涂布胶和电解液起反应产生的气体造成的钝化问题。

其中硅锡合金中频电镀使用中频磁控溅射法，中频磁控溅射法属于物理气相沉积法(PVD)中的其中一类，是以物理机制来进行薄膜沉积技术，所谓物理机制就是物质的相变化，如蒸镀(Evaporation)、溅镀(Sputtering)。而这种过程无涉及化学反应，因此所沉积的材料纯度佳且品质稳定。而PVD的溅镀制作过程，可以达成快速的沉积速率、准确的沉积厚度控制、精确的成份控制及较低的制造成本，以中频磁控溅射方式电镀，硅锡合金膜层可控制在1μm，铜箔单位质量下硅锡合金膜层面积比涂布石墨更大，电池储能可提高约2-3倍。

由铜箔涂布石墨的方式革新为以电镀方式镀硅锡合金，硅、锡以原子态相互交替咬合产生硅锡合金(SixSny)形成致密膜层，柔韧性、附着力、抗氧化性强，充放电过程不易膨胀、龟裂、脱落，循环寿命长，铜箔镀硅锡合金膜单位体积下比涂布石墨质量更低，从原材料成本、使用寿命与相关技术良率提升方面有望降低负极材料的综合成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。