编号：FTJS107785
篇名： 磁控溅射制备锂离子电池氮化硅薄膜负极材料及其电化学性能研究
作者： 高渤凯
关键词： 锂离子电池; 负极; 氮化硅; 磁控溅射; 铜箔; 泡沫铜;
机构：南京邮电大学
摘要： 锂离子电池具有高电位、无污染和高比容量等优点,被广泛应用于电动汽车、电动飞行器、工商业储能、电子产品等领域。负极作为锂离子电池重要的核心部件之一,是锂离子电池充放电过程中锂离子和电子的载体,对锂电池性能具有显著影响。现有商业化锂离子电池采用的负极材料是石墨。然而,石墨的理论容量有限(372 mAh g-1),无法满足便携式电子设备电池的高能量密度要求。硅基材料具有储量丰富、价格低廉、比容量高等优势,是一种极具应用前景的负极材料。但硅材料在脱嵌锂过程中会发生剧烈的体积膨胀,从而导致电池容量快速衰减和失效。因此,亟需开发具有高比容量、高稳定性且制备流程简便的硅基负极材料。基于此,我们采用磁控溅射技术在铜箔和泡沫铜衬底上沉积氮化硅薄膜制备了锂离子电池氮化硅薄膜负极材料,并对其进行了电化学性能研究。本文主要研究成果如下: （1）采用磁控溅射方法在铜箔集流体衬底上成功制备了氮化硅薄膜负极材料。通过改变磁控溅射过程中N2/Ar流量比、溅射功率、衬底温度等工艺条件,调控了氮化硅薄膜的成分和结构,获得了高性能锂离子电池氮化硅薄膜负极材料。采用N2/Ar流量比为0.2、溅射功率为120 W、衬底温度为250℃条件下制备出的SiN0.83薄膜负极材料在0.1 C电流密度下的放电容量可达1023 mAh g-1。在0.5 C电流密度下循环150圈后,容量保持率为77.6%。 （2）采用磁控溅射技术在泡沫铜集流体衬底上成功制备了氮化硅薄膜负极材料。通过改变磁控溅射过程中的沉积时间,调控了氮化硅薄膜的结构和厚度,获得了高比容量、高稳定性的锂离子电池氮化硅薄膜负极材料。采用沉积时间为1.5 h条件下制备出的SiN0.83-1.5薄膜负极材料在0.1 C电流密度下的放电容量可达1257.6 mAh g-1。在0.5 C电流密度下循环300圈后,其比容量保持率为87.9%。