專利名稱：一種用于鋰離子電池的氮化鎢負(fù)極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池的氮化鎢負(fù)極材料及其 制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是筆記本電腦、照相機(jī)、手機(jī)以及其它通訊器材的重要電源，而且有可 能作為綠色能源用于汽車(chē)和其它交通工具。目前市售的鋰離子電池主要由碳基負(fù)極材料、 有機(jī)液體電解質(zhì)和含鋰的過(guò)渡金屬氧化物陰極材料所組成。為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的 性能，人們正在研究、尋找比碳基負(fù)極材料性能更好的新型的負(fù)極材料。此外，隨著微電子 器件的小型化，迫切要求開(kāi)發(fā)與此相匹配的鋰離子薄膜電池，例如薄膜鋰離子薄膜電池等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種性能良好的可用于鋰離子電池的負(fù)極材料及其制備 方法。具體而言，本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池的負(fù)極材料為氮化鎢(WN)，氮化鎢具 有良好的電化學(xué)性能，可作為高性能鋰離子電池的負(fù)極材料。本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池負(fù)極材料的氮化鎢為薄膜形式，尤其是一種具有 六方晶系結(jié)構(gòu)的氮化鎢薄膜材料。本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池負(fù)極材料的氮化鎢(WN)薄膜可采用磁控濺射 沉積法制備，磁控濺射沉積所用的靶是將碳酸鋰、三氧化二鐵和氧化鎢混合，研磨，高溫 煅燒后壓片制成。濺射條件為靶和基片距離為2-lOcm，濺射腔內(nèi)真空度為lX10_4pa至 lX10_3pa，濺射在N2(l-2pa)氛圍下進(jìn)行，濺射時(shí)間為1_3小時(shí)。進(jìn)一步，本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池負(fù)極材料的氮化鎢薄膜的磁控濺射沉 積制備的濺射條件優(yōu)選為靶和基片距離為5cm，濺射腔內(nèi)真空度為5X10_4pa，濺射在 N2(1. 5pa)氛圍下進(jìn)行，濺射時(shí)間為2小時(shí)。本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池負(fù)極材料的氮化鎢薄膜，經(jīng)光電子能譜檢測(cè)表 明，其分子式為WN。本發(fā)明所提供的用于鋰離子電池負(fù)極材料的氮化鎢薄膜可直接制成鋰離子電池 薄膜電極。本發(fā)明所提供的氮化鎢薄膜，作為一類新型的負(fù)極材料用于鋰離子電池時(shí)，具有良好的充放電性能，放電反應(yīng)的平臺(tái)出現(xiàn)在0. 25V(相對(duì)于Li/Li+)，第二次放電過(guò)程與第 一次放電過(guò)程相比，不可逆放電容量損失為30 %，在電壓范圍0. 01 4. OV和電流密度 20 μ A/cm2時(shí)，氮化鎢(WN)薄膜電極的比容量在前53次循環(huán)內(nèi)保持在375_410mAh/g。


圖1是氮化鎢薄膜的光電子能譜。
圖2是氮化鎢薄膜的充放電曲線。 具體實(shí)施方案以下結(jié)合具體的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明做說(shuō) 明而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
實(shí)施例1將碳酸鋰、三氧化二鐵和氧化鎢混合，研磨，高溫煅燒后壓片制成磁控濺射沉積所 用的靶。在靶和基片距離為5cm、濺射腔內(nèi)真空度為5X 10_4pa、濺射氛圍為N2(l. 5pa)、濺射 時(shí)間為2小時(shí)的條件下，采用磁控濺射沉積法制備氮化鎢(WN)薄膜。光電子能譜表明沉積的薄膜為氮化鎢(附圖1)。氮化鎢(WN)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試采用由三電極組成的薄膜電池系統(tǒng)。 其中，氮化鎢薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對(duì)電極和參比電極。電解液為IM LiPF6+EC+DMC(V/V= 1/1)。薄膜電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。薄膜電池的充放電 實(shí)驗(yàn)在藍(lán)電(Land)薄膜電池測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行。對(duì)不銹鋼基片上的氮化鎢薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下氮化鎢(WN)薄膜電極可在20 μ A/cm2充放電速率下進(jìn)行充放電循環(huán)。在電壓范 圍0. 01 4. OV內(nèi)，第一次放電容量可達(dá)580mAh/g，可逆容量為410mAh/g左右，循環(huán)53次 后容量保持在375mAh/g。充放電曲線見(jiàn)附圖2。因此，在不銹鋼片上沉積的氮化鎢(WN)薄膜可用作鋰離子電池的負(fù)極材料。實(shí)施例2將碳酸鋰、三氧化二鐵和氧化鎢混合，研磨，高溫煅燒后壓片制成磁控濺射沉積所 用的靶。在靶和基片距離為2cm、濺射腔內(nèi)真空度為5X 10_5pa、濺射氛圍為N2(Ipa)、濺射時(shí) 間為1小時(shí)的條件下，采用磁控濺射沉積法制備氮化鎢(WN)薄膜。光電子能譜表明沉積的薄膜為氮化鎢(附圖1)。氮化鎢(WN)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試采用由三電極組成的薄膜電池系統(tǒng)。 其中，氮化鎢薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對(duì)電極和參比電極。電解液為IM LiPF6+EC+DMC(V/V= 1/1)。薄膜電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。薄膜電池的充放電 實(shí)驗(yàn)在藍(lán)電(Land)薄膜電池測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行。對(duì)不銹鋼基片上的氮化鎢薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下氮化鎢(WN)薄膜電極可在20 μ A/cm2充放電速率下進(jìn)行充放電循環(huán)。在電壓范 圍0. 01 4. OV內(nèi)，第一次放電容量可達(dá)580mAh/g，可逆容量為410mAh/g左右，循環(huán)53次 后容量保持在375mAh/g。充放電曲線見(jiàn)附圖2。實(shí)施例3將碳酸鋰、三氧化二鐵和氧化鎢混合，研磨，高溫煅燒后壓片制成磁控濺射沉積所 用的靶。在靶和基片距離為10cm、濺射腔內(nèi)真空度為5X10_4pa、濺射氛圍為N2(2pa)、濺射 時(shí)間為3小時(shí)的條件下，采用磁控濺射沉積法制備氮化鎢(WN)薄膜。光電子能譜表明沉積的薄膜為氮化鎢(附圖1)。氮化鎢(WN)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試采用由三電極組成的薄膜電池系統(tǒng)。 其中，氮化鎢薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對(duì)電極和參比電極。電解液為IMLiPF6+EC+DMC(V/V= 1/1)。薄膜電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。薄膜電池的充放電 實(shí)驗(yàn)在藍(lán)電(Land)薄膜電池測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行。對(duì)不銹鋼基片上的氮化鎢薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下
氮化鎢(WN)薄膜電極可在20 μ A/cm2充放電速率下進(jìn)行充放電循環(huán)。在電壓范 圍0. 01 4. OV內(nèi)，第一次放電容量可達(dá)580mAh/g，可逆容量為410mAh/g左右，循環(huán)53次 后容量保持在375mAh/g。充放電曲線見(jiàn)附圖2。
權(quán)利要求
一種用于鋰離子電池的負(fù)極材料，其特征在于所述的負(fù)極材料為氮化鎢。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料，其特征在于所述的氮化鎢為薄 膜形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料，其特征在于所述的氮化鎢為具 有六方晶系結(jié)構(gòu)的氮化鎢薄膜材料。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于采 用磁控濺射沉積法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于磁控濺 射沉積所用的靶是將碳酸鋰、三氧化二鐵和氧化鎢混合、研磨，高溫煅燒后壓片制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于靶和基 片距離為2-10cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于濺射腔 內(nèi)真空度為1 X 10_3pa至1 X 10_4pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于濺射是 在隊(duì)氛圍下進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電池的負(fù)極材料的制備方法，其特征在于濺射時(shí) 間為1-3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池的氮化鎢負(fù)極材料及其制備方法，該材料為薄膜形式，通過(guò)磁控濺射沉積法制備獲得。該薄膜制成的電極，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，由氮化鎢(WN)薄膜制成的電極的可逆比容量為410mAh/g左右，電極經(jīng)53次循環(huán)后容量仍有375mAh/g。氮化鎢(WN)電極材料化學(xué)穩(wěn)定性好、平臺(tái)電位高、制備方法簡(jiǎn)單，適用于鋰離子電池。
文檔編號(hào)C23C14/35GK101834293SQ20091004748
公開(kāi)日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者傅正文, 李雯靜 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)