[發(fā)明專利]一種用于鋰離子電池的三硒化二銻陽極薄膜材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710040492.7
• 申請日: 2007-05-10
• 公開（公告）號: CN101051683A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛明喆;傅正文
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/04;C23C14/28
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類用于鋰離子電池的陽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和其它交通工具。目前市售的鋰離子電池主要由碳基陽極材料，有機(jī)液體電解質(zhì)和含鋰的過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、尋找比碳基陽極材料性能更好的新型的陽極材料。此外，隨著微電子器件的小型化，迫切要求開發(fā)與此相匹配的鋰離子電池，例如薄膜鋰離子電池等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種性能良好的鋰離子電池陽極材料及其制備方法。

本發(fā)明提出的鋰離子電池陽極材料，是一種具有正交結(jié)構(gòu)的三硒化二銻(Sb₂Se₃)材料。經(jīng)研究表明，此類材料具有良好的電化學(xué)性能，可作為高性能鋰離子電池的陽極材料。目前為止沒有關(guān)于三硒化二銻(Sb₂Se₃)材料用作鋰離子電池陽極材料的報道。

本發(fā)明提出的作為鋰離子電池陽極材料的三硒化二銻(Sb₂Se₃)為薄膜形式，其薄膜材料的厚度為0.2-1μm。

本發(fā)明還提出了前述鋰離子電池陽極材料的制備方法，具體介紹如下：

作為鋰離子電池陽極材料的三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜可采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備，具體步驟為：將銻粉和硒粉研磨混合后壓片制成脈沖激光沉積所用的靶，其中硒粉的物質(zhì)的量為銻粉的3-5倍，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)透鏡聚焦后入射到上述靶上，靶子和基片的距離為25-50mm，在氬氣氣氛中在基片上沉積得到三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜，基片可采用不銹鋼片、鉑片和鍍金單晶硅片，基片溫度為200-300℃。薄膜的沉積時間由薄膜厚度要求確定，一般為0.2-1.0小時。薄膜厚度可由掃描電鏡測定，薄膜的重量根據(jù)電子天平稱量實(shí)驗(yàn)前后基片重量作差得到。

本發(fā)明中，三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)由X-射線衍射儀(Bruker?D8?Advance)確定。X-射線衍射圖譜表明由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜為多晶正交結(jié)構(gòu)。由掃描電鏡(Philips?XL30)測定表明，由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜表面光滑并伴有一些細(xì)小裂痕。

本發(fā)明中，三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜可直接制成鋰離子電池薄膜電極。

本發(fā)明中，三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜電極的電化學(xué)性能測試采用由三電極組成的電池系統(tǒng)，其中，三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對電極和參比電極。電解液為1M?LiPF₆+EC+DMC(V/V＝1/1)。電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。電池的充放電實(shí)驗(yàn)在藍(lán)電(Land)電池測試系統(tǒng)上進(jìn)行。

本發(fā)明中，由脈沖激光反應(yīng)性沉積法在不銹鋼片等基片上制得的三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜電極均具有充放電性能，第一次放電反應(yīng)的放電平臺出現(xiàn)在1.60、1.47和0.87V(相對于Li⁺/Li)，第二次放電過程與第一次放電過程相比，不可逆放電容量損失為8.4％，在電壓范圍0.3-2.5V和電流密度5μA/cm²時，三硒化二銻(Sb₂Se₃)薄膜電極的比容量在前100次循環(huán)內(nèi)保持在531～661mAh/g。

上述性能表明，三硒化二銻(Sb₂Se₃)是一類新型的陽極材料，可應(yīng)用于鋰離子電池。

附圖說明

圖1為三硒化銻薄膜的XRD譜圖。圖中星號表示不銹鋼基片的衍射峰，括號內(nèi)的是衍射峰的晶面指標(biāo)。

具體實(shí)施方式