專利名稱：大容量鋰離子電池負(fù)極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步講為鋰離子電池，具體涉及用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。
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和其它交通工具。現(xiàn)有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。其中，全固態(tài)薄膜鋰離子電池由于安全性高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而成為最理想的能源。而常用鋰合金等負(fù)極薄膜，由于嵌脫鋰時(shí)強(qiáng)體積變化導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞，從而引起電極變形，導(dǎo)致電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性下降。因此，尋找比碳基負(fù)極材料性能更好，使充放電循環(huán)可逆性較好，使用壽命長(zhǎng)的負(fù)極材料是提高薄膜鋰離子電池性能的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有良好的充放電循環(huán)可逆性，電池使用壽命長(zhǎng)的大容量鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。本發(fā)明的解決方案是一種大容量鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其特點(diǎn)是基片表面的負(fù)極薄膜為磷化鈷(CoP3)薄膜。經(jīng)研究表明，磷化鈷(CoP3) 薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，電量?jī)?chǔ)存大，電池使用壽命長(zhǎng)本發(fā)明的解決方案中磷化鈷(CoP3)薄膜晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的磷化鈷在充放電中循環(huán)穩(wěn)定。本發(fā)明的解決方案中磷化鈷(CoP3)薄膜的厚度為0. 2-1 μ m性能最好。本發(fā)明制備方法的解決方案是大容量鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟a.將金屬鈷粉末與赤磷粉混合，混合比例是金屬鈷比赤磷粉為1 1 3(摩爾比)，混合均勻研磨，壓片制成脈沖激光沉積所用的靶；b.將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，靶與基片距離25_50mm，工作氣體為氬氣氣氛， 基片溫度為500-700°C ；C.激光器的激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到旋轉(zhuǎn)的靶上，經(jīng)激光束激發(fā)的粒子濺射到基片上，在基片上沉積得到磷化鈷薄膜。本發(fā)明制備方法的解決方案中可采用激光束能量密度為2 4J · cm—2，沉積時(shí)間為1-2. 5小時(shí)，磷化鈷沉積薄膜的厚度達(dá)到0. 2-1 μ m。本發(fā)明制備方法的解決方案中可采用由摻釹釔鋁榴石激光器產(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極其基片表面的負(fù)極薄膜為磷化鈷薄膜，磷化鈷薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，無(wú)電極變形等問(wèn)題，電池使用壽命長(zhǎng)。制備方法采用激光脈沖沉積方法方便地制備了厚度為0. 2-1 μ m左右的磷化鈷薄膜，適合用作薄膜鋰離子電池的負(fù)極材料，其制備方法簡(jiǎn)單，節(jié)約材料。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例磷化鈷薄膜的TEM&SAED圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例磷化鈷薄膜的充放電曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其基片表面的負(fù)極薄膜為磷化鈷(CoP3)薄膜，基片為不銹鋼片，磷化鈷薄膜的厚度為0. 2-1 μ m。其制備方法是a.將金屬鈷粉末與赤磷粉混合，混合比例是金屬鈷比赤磷粉為1 2(摩爾比)， 混合均勻研磨，壓片制成脈沖激光沉積所用的靶；b.將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，靶與基片距離25_50mm，工作氣體為氬氣氣氛， 基片溫度為500-700°C ；c.由摻釹釔鋁榴石激光器產(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上，經(jīng)激光束激發(fā)的粒子濺射到基片上，在基片上沉積得到磷化鈷薄膜，其中激光束能量密度為2 4J · cm—2，沉積時(shí)間為1小時(shí)。本實(shí)施例經(jīng)透射電鏡結(jié)合選區(qū)電子衍射(TEM&SAED)測(cè)定表明在圖1(a)中可以觀察到比較清晰的晶格條紋，圖1(b)中有一組衍射環(huán)，可以分別歸屬到CoP3W (013)， (321)和(422)晶面(JCPDS card no. 73-1239)，表明得到的磷化鈷為體心立方結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明在高溫沉積條件下，通過(guò)控制激光功率，氣壓等參數(shù)，可以利用單質(zhì)混合靶得到納米 CoP3薄膜。和現(xiàn)有有關(guān)CoP3材料復(fù)雜的合成方法比較起來(lái)，物理沉積的方法省時(shí)省力，同時(shí)無(wú)需在制備電極過(guò)程中加入導(dǎo)電劑，節(jié)省了工藝步驟和其他添加劑可能對(duì)材料帶來(lái)的不利影響。圖2中對(duì)不銹鋼基片上的磷化鈷(CoP3)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下其中(a)為電壓-容量關(guān)系圖；(b)為容量-循環(huán)次數(shù)圖。磷化鈷(CoP3)薄膜電極可在5 μ A/cm2充放電速率下進(jìn)行充放電循環(huán)。在電壓范圍1.0-2. OV內(nèi)，第一次放電容量可達(dá)1050mAh/g，第二次放電容量為820mAh/g左右，循環(huán) 25次后容量保持在800mAh/g以上。因此，在不銹鋼片上沉積的磷化鈷(CoP3)薄膜可用作鋰離子電池的負(fù)極材料。
權(quán)利要求
1.一種大容量鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其特征在于基片表面的負(fù)極薄膜為磷化鈷(CoP3)薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量鋰離子電池負(fù)極，其特征在于磷化鈷(CoP3)薄膜晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大容量鋰離子電池負(fù)極，其特征在于磷化鈷(CoP3)薄膜的厚度為 0. 2-1 μ m。
4.一種如權(quán)利要求1所述的大容量鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于包括以下步驟a.將金屬鈷粉末與赤磷粉混合，混合比例是金屬鈷比赤磷粉為1 1 3(摩爾比)， 混合均勻研磨，壓片制成脈沖激光沉積所用的靶；b.將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，靶與基片距離25-50mm，工作氣體為氬氣氣氛，基片溫度為 500-700°C ；c.激光器的激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到旋轉(zhuǎn)的靶上，經(jīng)激光束激發(fā)的粒子濺射到基片上，在基片上沉積得到磷化鈷薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于激光束能量密度為2 3J · cm—2，沉積時(shí)間為1-2. 5小時(shí)，磷化鈷沉積薄膜的厚度達(dá)到0. 2-1 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大容量鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于由摻釹釔鋁榴石激光器產(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，基片表面的負(fù)極薄膜為磷化鈷薄膜；制備方法是a.將金屬鈷粉末與赤磷粉混合，混合比例是金屬鈷比赤磷粉為1∶1～3(摩爾比)，混合均勻研磨，壓片制成脈沖激光沉積所用的靶；b.將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，靶與基片距離25-50mm，工作氣體為氬氣氣氛，基片溫度為500-700℃；c.激光器的激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到旋轉(zhuǎn)的靶上，經(jīng)激光束激發(fā)的粒子濺射到基片上。磷化鈷薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，。其制備方法簡(jiǎn)單，節(jié)約材料。
文檔編號(hào)H01M4/58GK102347474SQ201010244299
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者傅正文, 崔艷華, 汪小琳 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所