[發明專利]一種納米銀顆粒分散LiFePO4薄膜鋰離子電池正極制備方法

無效

• 申請號: 200910088906.2
• 申請日: 2009-07-13
• 公開（公告）號: CN101640265A
• 公開（公告）日: 2010-02-03
• 發明（設計）人: 胡晨;盧祥軍;汪浩;潘山存
• 申請（專利權）人: 北京安華聯合能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/58;H01M4/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉 萍

技術領域

本發明公開了一種Ag/LiFePO₄薄膜制備方法，所制備的薄膜可作為正極材料應用于全固態薄膜鋰離子電池，屬于電化學技術領域。

背景技術

鋰離子電池是性能卓越的新一代綠色高能電池，應用前景十分廣闊。高能、輕量、超薄將是未來鋰離子電池一個十分重要的發展方向。隨著微電子技術的發展，電子器件對電流密度、比能量的要求不如以前那么苛刻，從而使得薄膜電池成為如智能卡、微型傳感器和金屬氧化物半導體(MOS)等一些微電子設備最有前景的電源。近年來，國際上已開展研究的微電池系列有：微型鋅鎳電池、微型鋰電池、微型太陽電池、微型溫差電池以及微型燃料電池，其中鋰微電池由于其較高的比能量、良好的充放電循環效能、穩定的放電平臺等優點，其中鋰微電池具有工作電壓高、循環壽命長、能量密度高、自放電小、安全性能好、無記憶效應、環境友好等優點已成為目前研究的熱點。薄膜鋰離子電池制備過程中，正極薄膜材料的制備是生產薄膜鋰離子電池的關鍵技術之一。目前制備正極薄膜的方法有很多種，但大多成本較為昂貴。溶膠-凝膠法以其工藝設備簡單、效率高、成本低且能在分子水平實施控制，受到了越來越廣泛的重視和應用。

LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等均可作為薄膜鋰離子電池的陰極材料，但LiCoO₂價格高，有毒且難回收等缺點限制了其應用。LiNiO₂雖然價格較低且比容量較高，但制備較好電化學活性的電極薄膜比較困難。LiMn₂O₄毒性較小、比容量大且放電電壓高，但容量衰減較快，高溫性能較差。相比其他鋰離子電池正極材料，具有橄欖石型結構的LiFePO₄具有無污染、比容量高、循環性能優良、放電電壓穩定、安全性高等諸多優點，是目前最有潛力的正極材料之一。但是LiFePO₄電子和離子傳導率差，不適宜大電流充放電。因此，還需要進一步提高LiFePO₄薄膜的高倍率放電等電化學性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種將用于全固態薄膜鋰離子電池用的極薄膜及其制造方法，通過加入導電性能良好的金屬銀，制備一種納米銀顆粒分散LiFePO₄薄膜。在薄膜LiFePO₄中加入金屬銀，一方面增強了顆粒的導電性，抑制了充放電過程中的極化現象；另一方面它還能為LiFePO₄提供電子隧道，以補償Li+脫嵌過程中的電荷平衡，提高電池在高倍率下放電面積比容量和循環性能。

本發明的目的，是通過下述技術方案實現的：

一種正極薄膜材料的制備方法，其特征在于它按下述步驟進行：

(1)制備前驅體溶液：稱取一定量的鋰的化合物、亞鐵的化合物，磷酸鹽或磷酸并溶解于去離子水中將混合物攪拌均勻得A液；再稱取一定量的去離子水，絡合劑和硝酸銀粉末，混合后不斷攪拌，直到硝酸銀和絡合劑全部溶解，得B液，其中鋰化合物的鋰離子∶亞鐵化合物的亞鐵離子∶磷酸鹽或磷酸的磷酸根∶硝酸銀∶絡合劑的摩爾比＝1.08∶1∶1∶0.01～0.2∶2；將A液和B液混合后繼續攪拌，直到得到顏色穩定的前驅體溶膠，再將溶膠于室溫下陳化待用；

(2)制備Ag/LiFePO₄薄膜：用勻膠機勻膠，每勻膠一次后進行一次預熱分解處理，其中每次勻膠為：將溶液滴到基板上，以200～1000rpm運轉5～20秒鐘后，再2000～5000rpm運轉15～50秒鐘，每勻膠一次后進行一次預熱分解處理，預熱分解溫度為260～400℃，時間為60～300秒鐘；勻膠20～60次后，在H₂氣氛中600～700℃退火30～60min，得到Ag/LiFePO₄薄膜。參見權利要求書

本發明的優點在于：

1.制備的Ag/LiFePO₄薄膜致密、均勻，薄膜的化學計量成分可控；

2.循環性能優良：納米銀顆粒分散在LiFePO₄薄膜中具有高度的分散性，這些納米Ag顆粒在薄膜中形成了一個導電網絡，從而增強了薄膜自身、薄膜與基底、薄膜與電解液之間的電接觸，提高了材料的電子電導率，減小了電荷轉移阻抗，提高電池在高倍率下放電面積比容量和循環性能；

3.制備過程簡單，價格低廉。

附圖說明