一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料及制备方法与流程
本发明属于锂离子电池，涉及负极材料，具体涉及一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料及制备方法。
背景技术：
1、传统商用的锂离子电池负极为石墨负极，由于其理论容量只有372mah g-1，已经难以满足人们对锂离子电池高容量的需求。硅材料来源丰富，作为锂离子负极材料，硅具有高的理论容量(4200mah g-1)，且硅材料脱嵌锂电位较低，是石墨负极的理想代替材料。然而，在脱嵌锂过程中，硅负极材料会发生巨大的体积膨胀(～400％)和电极/电解液界面sei膜不断的破碎重组，导致硅基电池电化学性能恶化，限制了硅负极材料的应用领域。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料及制备方法，解决现有技术中的锂离子电池硅负极材料的前期循环中的库伦效率有待进一步提升的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
3、一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料由内向外依次为硅纳米负极和保护层；所述的保护层采用分子层沉积的方法制备。
4、所述的保护层为含氟无机-有机杂化薄膜保护层。
5、所述的分子层沉积过程中，使用的反应前驱体为金属中心前驱体和含氟有机物前驱体。
6、所述的分子层沉积过程中，沉积温度为100℃～190℃。
7、本发明还具有如下技术特征：
8、优选的，所述的含氟无机-有机杂化薄膜保护层为铝基-四氟对苯二酚保护层。
9、优选的，所述的含氟有机物前驱体为四氟对苯二酚(fhq)。
10、优选的，所述的金属中心前驱体为三甲基铝(tma)。
11、优选的，所述的分子层沉积过程中，沉积温度为150℃。
12、进一步优选的，优选的，所述的三甲基铝(tma)能够采用二乙基锌(dez)、四氯化钛(ticl4)或五乙氧基铌(nb(oet)5)替换。
13、优选的，所述的分子层沉积过程中，使用的脉冲序列为：金属中心前驱体为1～50s，含氟有机物前驱体为1～50s，沉积循环周期数为5～100。
14、具体的，该方法包括以下步骤：
15、步骤一，硅纳米负极的准备：
16、将一维硅纳米颗粒或者硅纳米线、导电炭黑和pvdf混合搅拌12小时制备浆料，然后使用刮刀将浆料均匀涂覆在铜箔上，真空下60℃烘干，得到硅纳米负极的极片。
17、步骤二，采用分子层沉积法生长含氟无机-有机杂化物的薄膜：
18、将步骤一得到的硅纳米负极的极片进行分子层沉积含氟无机-有机杂化物的薄膜，制得含氟无机-有机杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料。
19、本发明还保护一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料，该材料采用如上所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法制得。
20、优选的，所述的含氟无机-有机杂化薄膜保护层的厚度控制在0.5纳米至20纳米范围内。
21、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
22、(ⅰ)本发明制得的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料在前5循环中表现出更高的库伦效率，首次库伦效率更是达到了92.3％。
23、(ⅱ)本发明的制备方法具有条件温和、硅纳米材料表面含氟杂化物的薄膜厚度可控等优点，在硅纳米负极材料的表面修饰领域具有很好的应用前景。
技术特征：
1.一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料由内向外依次为硅纳米负极和保护层；所述的保护层采用分子层沉积的方法制备，其特征在于：
2.如权利要求1所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的含氟无机-有机杂化薄膜保护层为铝基-四氟对苯二酚保护层。
3.如权利要求1所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的含氟有机物前驱体为四氟对苯二酚。
4.如权利要求1所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的金属中心前驱体为三甲基铝。
5.如权利要求4所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的分子层沉积过程中，沉积温度为150℃。
6.如权利要求4所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的三甲基铝能够采用二乙基锌、四氯化钛或五乙氧基铌替换。
7.如权利要求1所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，所述的分子层沉积过程中，使用的脉冲序列为：金属中心前驱体为1～50s，含氟有机物前驱体为1～50s，沉积循环周期数为5～100。
8.如权利要求1所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
9.一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料，其特征在于，该材料采用如权利要求1至8任一项所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料的制备方法制得。
10.如权利要求9所述的含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料，其特征在于，所述的含氟无机-有机杂化薄膜保护层的厚度控制在0.5纳米至20纳米范围内。
技术总结
本发明提供了一种含氟杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料及制备方法，由内向外依次为硅纳米负极和保护层；保护层采用分子层沉积的方法制备。保护层为含氟无机‑有机杂化薄膜保护层。分子层沉积过程中，使用的反应前驱体为金属中心前驱体和含氟有机物前驱体。分子层沉积过程中，沉积温度为100℃～190℃。本发明制得的含氟无机‑有机杂化薄膜修饰锂离子电池硅负极材料在前5循环中表现出更高的库伦效率，首次库伦效率更是达到了92.3％。本发明的制备方法具有条件温和、硅纳米材料表面含氟无机‑有机杂化物的薄膜厚度可控等优点，在硅纳米负极材料的表面修饰领域具有很好的应用前景。
技术研发人员：冯昊,房佳斌,秦利军,李建国,龚婷,李丹,惠龙飞,武康,张王乐,胡逸云
受保护的技术使用者：西安近代化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5