專利名稱：一種鋰電池電極材料Li的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬電化學技術領域，具體涉及一種以Li2S/Co納米復合薄膜及其制備方法。
背景技術：
鋰離子電池由于其高工作電壓、高能量密度等優(yōu)點受到人們的極大關注。目前鋰離子電池已廣泛應用與移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機、照相機等電子設備上，而且可能作為綠色能源用于汽車和其他交通工具上。目前，鋰離子電池常用的陰極材料主要有LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等。雖然這類陰極材料具有較好的電化學性能，但受到價格高、比容量較低、制備和純化過程復雜等因素的制約，特別是比容量較低的問題，嚴重限制了其更好的發(fā)展。盡管人們進行了大量的研究，但仍難使其比容量超過180mAh/g。
在鋰離子電池的研究領域中，硫作為一種具有高理論容量(1672mAh/g)，低價格成本的材料普遍受到重視。但硫單質由于其天生的絕緣性，以及反應產物易在電解液中分解等因素，很難直接被用做電極材料。最近王久林等(Jiulin Wang.et al.Adv.Funct.Mater.2003，13，No 6，June)將硫顆粒嵌入可導電的有機物中，成功獲得了具有良好循環(huán)性能且容量達到600mAh/g的鋰硫電池。Nobuya Machida等(Nobuya Machida.et al.Solid State Ionics.175，247-250(2004))通過球磨的方法將硫單質與金屬銅以及少量的乙炔黑混合制成粉末電極材料，也制得了容量超過980mAh/g的鋰硫電池。而M.N.Obrovac等(M.N.Obrovac.et al.Electrochem.Solid-State Lett.5(4)A70-A73(2002))曾嘗試用Li2S和Fe球磨混合，然后進行充放電，但其可逆容量僅為170mAh/g左右，而且衰減較快。到目前為止，還未有研究報道Li2S/Co混合物作為鋰離子電池的電極材料。
本發(fā)明提出用Li2S與金屬Co的納米級混合物通過脈沖激光沉積法制成薄膜電極材料，提供一種不僅含有電化學活性鋰，而且具有良好充放電循環(huán)性能的高容量電極材料。主要原理為采用脈沖激光沉積技術使Li2S和Co高度分散混合，并在基片上獲得納米復合物薄膜。其中薄膜粒徑小于50nm，最好在20nm以下，這樣可以大大降低反應體系的電化學內阻，提高反應體系中活性物質的利用率，最終提高體系的電化學容量和循環(huán)性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種充放電循環(huán)性能好，電化學容量高的鋰離子電池的極材料及其制備方法。
本發(fā)明提出的鋰離子電池的電極活性材料。是由Li2S與過渡金屬Co均勻混合后采用脈沖激光沉積法制備而成的納米復合薄膜，其中，Li2S與過渡金屬Co的摩爾比為1∶x，2＞x＞0.5。
上述電極材料中，Co的粒徑小于50nm，最好達到20nm以下；Li2S的粒徑小于50nm，典型值小于20nm。
本發(fā)明的優(yōu)點在于直接利用Li2S與過渡金屬Co的納米混合物形成具有電化學活性的電極材料，該材料不僅在充放電時可以提供鋰源，而且具有良好的充放電循環(huán)性能和很高的比容量(達400-650mAh/g)；混合物的制備過程不需要傳統(tǒng)電極材料的高溫反應或高能球磨過程，僅需要采取一定的方法使復合物達到納米級(50mm)以下的混合即可。因此具有制備過程簡單、電化學性能優(yōu)良的顯著優(yōu)點。
下面敘述本發(fā)明中電極活性材料的制備步驟脈沖激光沉積法制備薄膜材料——將摩爾比為1∶x(2＞x＞0.5)的Li2S與過渡金屬Co均勻混合后壓制成靶材料，通過脈沖激光沉積的方法制備成復合納米混合物電極薄膜材料。制備條件為基片選用不銹鋼片，基片與靶的距離為35-45mm；沉積氣氛為氬氣，保持壓強在8-10Pa；沉積溫度為室溫；激光為由Nd:YAG激光器產生的基頻經(jīng)三倍頻產生的355nm脈沖激光，脈沖頻率10Hz，脈沖寬度10ns，能量密度為1.5-2.5J/cm-2；沉積時間0.5-1h。


圖1為Li2S/Co納米復合薄膜充放電曲線。
具體實施例方式
實施例1將摩爾比為1∶1化學純的Li2S與Co粉充分混合；然后將混合物粉壓制成脈沖激光沉積的靶材料，通過脈沖激光沉積法制備成復合納米混合物電極薄膜材料。制備條件基片為不銹鋼片，基片與靶的距離為40mm；沉積過程在氬氣中進行，保持壓強在10Pa；沉積溫度為室溫；激光波長為355nm，脈沖頻率10Hz，脈沖寬度10ns，能量密度為2J/cm-2；沉積時間為0.5小時。
由SEM表明，沉積薄膜中顆粒粒徑約為20nm左右。表明沉積的薄膜為Li2S/Co納米復合物材料構成。由TEM電子衍射測定表明，沉積薄膜為Li2S/Co納米混合物，其中Li2S為面心立方結構，Co為六方結構，其中含有少量的CoSx化合物，這是沉積過程中不可避免的。將該薄膜作為工作電極，以高純鋰片作為對電極組裝成模擬電池。其中電解液為1MLiPF6+EC+DMC(EC與DMC的體積比為1/1)，電池裝配在充氬氣的干燥箱內進行。電池的充放電在Land電池測試系統(tǒng)上進行?；旌衔锉∧る姌O表現(xiàn)出了良好的電化學性能。電池放電平臺在1.5V左右，容量達到600mAh/g左右(附圖)。
對于Li2S/Co納米復合薄膜制備過程中有關參數(shù)條件在前述范圍內進行變化，均可獲得與實施例1中相同或相近的電化學性能的Li2S/Co薄膜，均可用作鋰離子電池的電極材料，這里不一一列舉。
權利要求
1.一種用于鋰離子電池的電極活性材料，其特征是由Li2S和過渡金屬Co均勻混合后采用脈沖激光沉積法制備而成的納米復合薄膜，其中，Li2S與Co的摩爾比為1∶x，2＞x＞0.5。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于鋰離子電池的電極活性材料，其特征在于Li2S粒徑小于50nm，Co粒徑小于50nm。
3.一種如權利要求1所述的用于鋰離子電池的電極活性材料的制備方法，其特征在于將摩爾比為1∶x，2＞x＞0.5，的Li2S與Co均勻混合后壓制成靶材料，通過脈沖激光沉積的方法制備成復合納米混合物電極薄膜材料；其制備條件為不銹鋼片，基片與靶的距離為35-45mm；沉積氣氛為氬氣，保持壓強8-10Pa；沉積溫度為室溫；激光能量密度為1.5-2.5J/cm-2，沉積時間為0.5-1小時。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學技術領域，具體為一種用于鋰離子電池的電極活性材料及其制備方法。該材料是由Li
文檔編號H01M4/38GK1794495SQ20061002325
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權日2006年1月12日
發(fā)明者周永寧, 傅正文, 吳曉京 申請人:復旦大學