[發明專利]鋰離子電池負極及其制備方法

無效

• 申請號: 200910308301.X
• 申請日: 2009-10-15
• 公開（公告）號: CN101673818A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 崔艷華;汪小琳;傅正文;蘇偉;劉效疆;孟凡明
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/58;H01M4/04;C23C14/06;C23C14/34;C23C14/54
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司
• 代理人: 詹永斌;吳彥峰

技術領域

本發明屬電化學技術領域，進一步講為鋰電池，具體涉及用于全固態薄膜鋰離子電池負極及其制備方法。

背景技術

隨著微機電系統(MEMS)的迅猛發展，為微執行器提供能源的微型電池需求巨大。其中，全固態薄膜鋰離子電池由于安全性高、循環壽命長等優點而成為最理想的能源。常用薄膜電池負極薄膜，如金屬鋰在與微機電系統集成時因金屬鋰性質活潑而帶來安全問題，而常用鋰合金等負極薄膜，由于嵌脫鋰時強體積變化導致材料結構破壞，從而引起電極變形，導致電化學循環穩定性下降。因此，尋找充放電循環可逆性較好，使用壽命長的負極材料是提高薄膜鋰離子電池性能的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種與微機電系統兼容性好、無變形，具有良好的充放電循環可逆性，電池使用壽命長的鋰離子電池負極及其制備方法。

本發明的解決方案是：一種鋰離子電池負極，包括電極基片、基片表面的負極薄膜，其特點是基片表面的負極薄膜為氟化錳薄膜。經研究表明，氟化錳薄膜具有良好的電化學性能，化學穩定性好，作為高性能鋰離子電池的負極薄膜，具有良好的充放電循環可逆性，與微機電系統集成、電極變形等方面性能優越。

本發明的解決方案中氟化錳薄膜晶體結構為四方結構。該結構的MnF₂在充放電中循環穩定。

本發明的解決方案中氟化錳薄膜的厚度為0.2-1靘性能最好。

本發明制備方法的解決方案是：鋰離子電池負極的制備方法，其特點是包括以下步驟：

a.將氟化錳粉末壓片制成脈沖激光沉積所用的靶μm；

b.將靶和基片放入真空沉積腔內，靶與基片距離25-50mm，工作氣體為氬氣氣氛，沉積過程中保持氣壓為2~10Pa；

c.激光器的激光束經透鏡聚焦后入射到旋轉的靶上，經激光束激發的氟化錳粒子濺射到基片上，在基片上沉積得到氟化錳薄膜。

本發明制備方法的解決方案中可采用激光束能量密度為20～40m?J穋m^-2，沉積時間為1-2.5小時，氟化錳沉積薄膜的厚度達到0.2-1μm。

本發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靶上。

本發明的優點：本發明鋰離子電池負極其基片表面的負極薄膜為氟化錳薄膜，氟化錳薄膜具有良好的電化學性能，化學穩定性好，作為高性能鋰離子電池的負極薄膜，具有良好的充放電循環可逆性，與微機電系統集成，無電極變形等問題，電池使用壽命長。制備方法采用激光脈沖沉積方法方便地制備了粒徑在100～200nm左右的氟化錳薄膜，適合用作薄膜鋰離子電池的負極材料，其制備方法簡單，節約材料。

附圖說明

圖1為本發明實施例氟化錳薄膜的XRD譜圖；

圖2為本發明實施例氟化錳薄膜的充放電曲線。

具體實施方式

實施例：一種鋰離子電池負極，包括電極基片、基片表面的負極薄膜，其基片表面的負極薄膜為氟化錳(MnF₂)薄膜，基片為不銹鋼片，氟化錳薄膜的厚度為0.2-1μm。

其制備方法是：

a.將氟化錳粉末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，靶與基片距離25-50mm，工作氣體為氬氣氣氛，沉積過程中保持氣壓為2~10Pa；

c.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靶上，經激光束激發的氟化錳粒子濺射到基片上，在基片上沉積得到氟化錳薄膜，其中激光束能量密度為20～40m?J.cm^-2，沉積時間為2小時。

本實施例制備的氟化錳薄膜晶體結構為四方結構，其XRD譜圖如圖1，圖中星號表示不銹鋼基片的衍射峰，括號內的是衍射峰的晶面指標。由掃描電鏡照片測定表明由脈沖激光反應性沉積制得的氟化錳薄膜表面光滑，粒徑在100～200nm。

圖2為實施例氟化錳薄膜的充放電曲線，由脈沖激光反應性沉積法在不銹鋼片基片上制得的氟化錳薄膜電極具有充放電性能，放電反應的平臺出現在0.5V(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20％，在電壓范圍0.01～4.0V和電流密度2μA/cm²時，氟化錳薄膜電極前50次循環具有350～530mAh.g^-1的可逆容量。