專利名稱：一種磷酸鋰靶材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鋰靶材及其制備方法。
背景技術(shù)：
傳感器、MEMS、CMOS芯片等電子器件微型化的快速發(fā)展，要求有體積小、重量輕、 比容量高的微型致密電源與其匹配。全固態(tài)薄膜鋰離子電池由于具有高功率密度、低自放電率、優(yōu)良的充放電循環(huán)性能、形狀和尺寸可以任意設(shè)計(jì)，以及無溶液泄漏、不爆炸、使用安全等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外得到廣泛關(guān)注，部分國家已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。這類電池可用作各種便攜式微電子器件的獨(dú)立或備用電源，以及MEMS的電源，無論在民用還是在軍事上都展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。全固態(tài)薄膜鋰離子電池在不同領(lǐng)域中都有其用武之地，如在航天領(lǐng)域中，該微電池小型化、輕量化對航天飛行器具有相當(dāng)重要的吸引力；在軍事上，美國 Sandia國家實(shí)驗(yàn)室、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)、美國航空航天局(NASA)的射流噴氣實(shí)驗(yàn)室 (JPL)以及美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室都在積極開發(fā)將薄膜鋰離子電池用于武器智能化監(jiān)控和管理系統(tǒng)的微電池芯片技術(shù)；它的用途還包括微型無人駕駛偵察飛機(jī)動(dòng)力電源(包括攝像裝置電源)、多種微型傳感器、CMOS集成線路、智能卡(SmartCard)、生物芯片和人體內(nèi)的微型手術(shù)器和微型醫(yī)療器件等。全固態(tài)薄膜鋰離子電池的核心部件電解質(zhì)材料一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，與之對應(yīng)的薄膜性能直接決定了電池的容量和使用壽命。因此，質(zhì)量優(yōu)良的靶材也將變得更為重要。 一般而言磷酸鋰靶材的生產(chǎn)方法有普通燒結(jié)法、熱等靜壓法、熱壓法和壓力燒結(jié)四種。這四種方法的比較如下
1、普通燒結(jié)法一般采用冷壓加燒結(jié)的方法制備。冷壓過程中，為了增強(qiáng)素坯的成型性，會(huì)在其中加入0.5% m的粘結(jié)劑，壓制壓力不能太大，因?yàn)樾枰舫鲎銐虻耐ǖ雷屨辰Y(jié)劑排出，但粘結(jié)劑依然會(huì)有殘留，增加了靶材的雜質(zhì)含量。由于素坯的相對密度為60% 70%，在靶材燒結(jié)完成后，靶材的相對密度只能達(dá)到70% 90%。、熱等靜壓法該方法能夠在壓力IOOMPa以上，燒結(jié)溫度為600°C 1500°C燒結(jié)靶材，得到相對密度為98% 100%的靶材。但該方法工藝過程較復(fù)雜，主要包括粉末前處理、制作包套、裝爐燒結(jié)、去除包套、后續(xù)加工等，而且各個(gè)步驟的完成要求較高，如果靶材較小，后續(xù)加工的加工量較大，則原材料利用率較低。、熱壓法該方法可使用難熔金屬模具、陶瓷模具或石墨模具，在真空或其他氣氛保護(hù)下進(jìn)行燒結(jié)，一般燒結(jié)壓力為20 80MPa，可以得到相對密度為98% 100%的靶材。 該方法生產(chǎn)成本較低，工藝過程較為簡單，主要包括裝料、燒結(jié)、脫模、后續(xù)加工等，而且各個(gè)步驟控制較為簡單，產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定，能夠獲得接近產(chǎn)品要求尺寸的半成品。、壓力燒結(jié)法該方法一般用于生產(chǎn)陶瓷靶材，在氣氛保護(hù)的條件下進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)方式為階段性升壓升溫。該生產(chǎn)方法成本較低，工藝過程可控，主要步驟包括液壓壓制、 冷等靜壓壓制、階段性燒結(jié)、降溫控制、后續(xù)加工等，各步驟的操作簡單，核心技術(shù)為燒結(jié)工藝。
然而，按照現(xiàn)有技術(shù)的常壓氣氛燒結(jié)法制備出的磷酸鋰靶材其晶粒尺寸比較大， 致密度也不高。在適當(dāng)條件下，使用了濺射這些靶材所得到的薄膜的全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲(chǔ)能量和循環(huán)次數(shù)也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種磷酸鋰靶材及其制備方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種磷酸鋰靶材，其純度大于等于99. 9%、相對密度大于等于98%、平均晶粒尺寸小于等于50微米。優(yōu)選地，所述磷酸鋰靶材的純度為大于等于99. 99%。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述磷酸鋰靶材的純度為大于等于99. 999%。優(yōu)選地，所述磷酸鋰靶材的相對密度大于等于99%。優(yōu)選地，所述磷酸鋰靶材的平均晶粒小于等于10微米。一種磷酸鋰靶材的制備方法，包括以下步驟
(1)、提供磷酸鋰粉末，并將其液壓成型為坯件；
(2)、對所述的坯件進(jìn)行冷等靜壓加工；
(3)、將經(jīng)過步驟(2)的坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為10_，10_3Pa，首先以5(T300°C /h的速率將溫度升至600°C、00°C，保溫小時(shí)后，充入氧氣，然后再以 100^400oC /h的速率將溫度升至800°C、00°C，保溫壙24小時(shí)后，然后再以10(T40(TC /h 的速率將溫度升至900°C 1200°C，保溫414小時(shí)后降至常溫即得所述磷酸鋰靶材，降溫速率為 20 100°C /h。優(yōu)選地，步驟(1)中，所述磷酸鋰粉末的純度為99. 909Γ99. 99%、平均粒徑為 50 100nm。優(yōu)選地，步驟(1)中，所述液壓成型的工作壓力為5 50MPa。優(yōu)選地，步驟(2)中，進(jìn)行冷等靜壓加工的工作壓力為20(T300MPa。由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果由于在階段性燒結(jié)工藝中，充入了氧氣，避免了環(huán)境燒結(jié)過程中引入雜質(zhì)，也使靶材更加高致密化。按照本發(fā)明的制備方法制備出的磷酸鋰靶材，其晶粒尺寸細(xì)小且致密度高。在適當(dāng)條件下，濺射這些靶材能獲得性能優(yōu)良的薄膜，從而提高全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲(chǔ)能量和循環(huán)次數(shù)。


圖1為按照本發(fā)明的方法制備出的磷酸鋰靶材的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不限于此實(shí)施例。根據(jù)本實(shí)施例，通過如下步驟制備磷酸鋰靶材
(1)、以平均粒徑為IOOrniK純度為99. 95%的磷酸鋰粉末為原料，通過研磨、篩分的方法去除粉末中的結(jié)塊；采用液壓機(jī)將磷酸鋰粉末液壓成型為坯件，成型使用的壓力為30MPa ；(2)、對坯件進(jìn)行冷等靜壓壓制，壓制壓力為250MPa，冷等靜壓加工可提高坯件的致密性，經(jīng)壓制后的素坯相對密度為60% ；
(3)、為保證高溫?zé)Y(jié)過程中，材料的流動(dòng)與粘接有序階段性進(jìn)行，燒結(jié)過程采用多階段升溫加壓的方式完成燒結(jié)。將壓制后的坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為 8. OX 10_4Pa，以100°C /h速率將溫度升至600°C，保溫8小時(shí)后充入Iatm氧氣，然后再以 IOO0C /h的速率升溫至800°C，保溫8小時(shí)后充入8atm氧氣，然后再以200°C /h的速率將溫度升至1000°c，保溫6小時(shí)后以50°C /h的速率將溫度降至常溫。將制備好的靶材取出，然后用磨加工的方法將靶材加工到指定尺寸。對上述制備的磷酸鋰靶材進(jìn)行掃描電鏡分析，圖1是所得掃描電鏡圖，從中可看出，磷酸鋰靶材的晶粒尺寸比較細(xì)小且致密度高，相對密度約為99. 4%。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磷酸鋰靶材，其特征在于所述磷酸鋰靶材的純度大于等于99.9%、相對密度大于等于98%、平均晶粒尺寸小于等于50微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鋰靶材，其特征在于所述磷酸鋰靶材的純度為大于等于 99. 99%ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磷酸鋰靶材，其特征在于所述磷酸鋰靶材的純度為大于等于 99. 999%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鋰靶材，其特征在于所述磷酸鋰靶材的相對密度大于等于99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷酸鋰靶材，其特征在于所述磷酸鋰靶材的平均晶粒小于等于10微米。
6.一種磷酸鋰靶材的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)、提供磷酸鋰粉末，并將其液壓成型為坯件；(2)、對所述的坯件進(jìn)行冷等靜壓加工；(3)、將經(jīng)過步驟(2)的坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)，爐內(nèi)真空度為10_，10_3Pa，首先以5(T300°C /h的速率將溫度升至600°C、00°C，保溫小時(shí)后，充入氧氣，然后再以 100^400oC /h的速率將溫度升至800°C、00°C，保溫壙24小時(shí)后，然后再以10(T40(TC /h 的速率將溫度升至900°C 1200°C，保溫414小時(shí)后降至常溫即得所述磷酸鋰靶材，降溫速率為 20 100°C /h。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸鋰靶材的制備方法，其特征在于步驟(1)中，所述磷酸鋰粉末的純度為99. 909Γ99. 99%、平均粒徑為5(Tl00nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸鋰靶材的制備方法，其特征在于步驟(1)中，所述液壓成型的工作壓力為5 50MPa。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磷酸鋰靶材的制備方法，其特征在于步驟(2)中，進(jìn)行冷等靜壓加工的工作壓力為20(T300MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磷酸鋰靶材及其制備方法，該靶材的純度大于等于99.9%、相對密度大于等于98%、平均晶粒尺寸小于等于50微米。該靶材的制備方法包括以下步驟(1)提供磷酸鋰粉末，并將其液壓成型為坯件；(2)對所述的坯件進(jìn)行冷等靜壓加工；(3)將經(jīng)過步驟(2)的坯件置于爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)過程采用了多階段性升溫加壓的方式。按照本發(fā)明方法制備的磷酸鋰靶材晶粒尺寸細(xì)小且致密度高。在適當(dāng)條件下，濺射這些靶材能獲得性能優(yōu)良的薄膜，從而提高全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲(chǔ)能量和循環(huán)次數(shù)。
文檔編號(hào)C04B35/622GK102249661SQ201110167850
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者王廣欣, 王樹森, 鐘小亮 申請人:蘇州晶純新材料有限公司