[發明專利]一種用于鋰離子電池的三磷化四錫陰極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810037854.1
• 申請日: 2008-05-22
• 公開（公告）號: CN101289176A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 吳濟今;傅正文
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B25/08
• 分類號: C01B25/08;C23C24/10;H01M4/58
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬電化學技術領域，具體涉及一類用于鋰離子電池的陰極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池是筆記本電腦、照相機、手機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陰極材料，有機液體電解質和含鋰的過渡金屬氧化物陰極材料所組成。為了進一步提高鋰離子電池的性能，人們正在研究、尋找比碳基陰極材料性能更好的新型的陰極材料。此外，隨著微電子器件的小型化，迫切要求開發與此相匹配的鋰離子電池，例如薄膜鋰離子電池等。

發明內容

本發明的目的在于提出一類性能良好的鋰離子電池陰極材料及其制備方法。

本發明提出的鋰離子電池陰極材料，是一種具有斜方六面體結構的三磷化四錫(Sn₄P₃)材料。經研究表明，此類材料具有良好的電化學性能，可作為高性能鋰離子電池的陰極材料。目前為止沒有關于薄膜化的三磷化四錫(Sn₄P₃)用作鋰離子電池陰極材料的報道。本發明提出的作為鋰離子電池陰極材料的三磷化四錫(Sn₄P₃)為薄膜形式，其薄膜材料的厚度為0.2-1μm。

本發明還提出了前述鋰離子電池陰極材料的制備方法，具體介紹如下：

作為鋰離子電池陰極材料的三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜可采用反應性脈沖激光沉積法制備，具體步驟為：將磷粉和錫粉研磨混合后壓片制成脈沖激光沉積所用的靶，其中磷粉的物質的量為錫粉的1-2倍，由摻釹釔鋁榴石激光器產生的1064nm基頻經三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經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磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜，基片可采用不銹鋼片、鉑片或鍍金單晶硅片，基片溫度為300-600℃。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，薄膜的重量根據電子天平稱量實驗前后基片重量作差得到。

本發明中，三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜的晶體結構由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沉積法制得的三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜為多晶斜方六面體的結構。由掃描電鏡(Philips?XL30)測定表明，由脈沖激光反應沉積法制得的三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜表面光滑并伴有一些細小裂痕。

本發明中，三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜可直接制成鋰離子電池薄膜電極。

本發明中，三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜電極的電化學性能測試采用由三電極組成的電池系統，其中，三磷化四錫(Sn₄P₃)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進行。電池的充放電實驗在藍電(Land)電池測試系統上進行。

本發明中，由脈沖激光反應性沉積法在不銹鋼片等基片上制得的三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜電極均具有充放電性能，第一次放電反應的放電平臺出現在0.6和0.3V(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18.4％，在電壓范圍0-3V和電流密度5μA/cm²時，三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜電極的比容量在前20次循環內保持在552mAh/g。

上述性能表明，三磷化四錫(Sn₄P₃)是一類新型的陰極材料，可應用于鋰離子電池。

附圖說明

圖1為三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜的XRD譜圖。圖中星號表示不銹鋼基片的衍射峰，方括號內的是衍射峰的晶面指標。

具體實施方式

實施例