[發明專利]薄膜鋰離子電池的負極材料及其制備方法

無效

• 申請號: 200810059112.9
• 申請日: 2008-01-14
• 公開（公告）號: CN101222047A
• 公開（公告）日: 2008-07-16
• 發明（設計）人: 涂江平;黃小華;相佳媛;王秀麗
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明屬于薄膜鋰離子電池的負極材料，具體涉及泡沫鎳負載NiO/Ag多孔薄膜電極的制備方法。

背景技術

薄膜鋰離子電池與傳統的薄膜二次電池相比具有平均電壓高(約3.6V)，容量密度高，無記憶效應，無環境污染等優點。傳統的薄膜鋰離子電池使用金屬薄片作為負載薄膜的集流體。金屬薄片的表面積有限，導致沉積的薄膜所含電化學活性物質的質量太少而難以實現在工業上的應用。雖然可以通過增大薄膜厚度來提高薄膜中活性物質的質量，但僅靠此獲得的活性物質含量的增加有限。而且由于目前大部分薄膜都是致密性薄膜，提高厚度必然降低薄膜與基片的電接觸、減少薄膜與電解液之間的接觸面積，這勢必惡化薄膜的電化學性能尤其是在高倍率放電下的電池容量和循環性能。過渡金屬氧化物薄膜是一種新型的鋰離子電池負極材料，但它是半導體，可以通過與導電性好的納米金屬復合的方法來進一步提高薄膜的導電性，從而提高薄膜鋰離子電池電極的電化學性能。

發明內容

本發明的目的是要提供一種在高倍率充放電電流密度下具有高面積比容量和良好循環性能的薄膜鋰離子電池的負極材料及其制備方法。

本發明的薄膜鋰離子電池的負極材料是泡沫鎳負載NiO/Ag納米復合多孔薄膜，薄膜中含有質量百分比為75％～95％的NiO，5％～25％的納米金屬Ag。

薄膜鋰離子電池的負極材料的制備方法，其步驟如下：

1)將泡沫鎳基片置于1mol/L?NiSO₄溶液、0.25mol/L?K₂S₂O₈溶液、濃氨水和水的混合溶液中，NiSO₄溶液、K₂S₂O₈溶液、濃氨水和水的體積比為4∶3∶1∶2，于10～60℃沉積0.2～5h后取出，洗滌干燥，并在氬氣氣氛中于350℃煅燒，得到泡沫鎳負載NiO納米多孔薄膜；

2)將0.005～0.02mol/L的銀氨溶液和10～50g/L的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液按體積比為1∶1混合，然后將煅燒后的基片置于該混合溶液中，在70℃繼續沉積5～30h，得泡沫鎳負載NiO/Ag納米復合多孔薄膜。

本發明的有益效果在于：

本發明泡沫鎳負載NiO/Ag納米復合多孔薄膜的多孔結構增大了活性物質和電解液的接觸界面，納米Ag顆粒分散在NiO薄膜中，減小了電荷轉移阻抗，從而保證了這種負極即使在高倍率下依然具有高面積比容量和優良的循環性能。采用該負極材料制備的薄膜鋰離子電池無環境污染，可用于智能卡、CMOS集成電路和微機電系統等領域。

具體實施方式

實施例1：

1)將泡沫鎳基片置于含40mL?1mol/L?NiSO₄溶液、30mL?0.25mol/L?K₂S₂O₈溶液、10mL濃氨水和20mL水的混合溶液中，攪拌下于15℃沉積1h后取出并洗滌干燥，并在氬氣氣氛保護下于350℃煅燒2h。

2)將50mL?0.006mol/L的銀氨溶液和50mL?12g/L的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液混合，然后將煅燒后的基片置于該混合溶液中，在70℃繼續沉積24h，得泡沫鎳負載NiO/Ag納米復合多孔薄膜。

該薄膜厚度為1μm，薄膜中孔徑約200nm，含質量百分比為90％的NiO和10％的Ag。該負極在2/3C、2C和4C的電流密度下的可逆容量分別是0.48mAh/cm²、0.45mAh/cm²和0.42mAh/cm²。在這些電流密度下循環50次之后的容量分別為0.37mAh/cm²、0.3mAh/cm²和0.28mAh/cm²。

實施例2：

1)將泡沫鎳基片置于含40mL?1mol/L?NiSO₄溶液、30mL?0.25mol/L?K₂s₂O₈溶液、10mL濃氨水和20mL水的混合溶液中，攪拌下于25℃沉積3h后取出并洗滌干燥，并在氬氣氣氛保護下于350℃煅燒3h。

2)將50mL?0.01mol/L的銀氨溶液和50mL?20g/L的聚乙烯吡咯烷酮乙醇溶液混合，然后將煅燒后的基片置于該混合溶液中，在70℃繼續沉積24h，得泡沫鎳負載NiO/Ag納米復合多孔薄膜。