[發(fā)明專利]一種LiMn2O4/Al3+摻雜Li7La3Zr2O12/Li4Ti5O12全固態(tài)薄膜電池及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410348577.1
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104157911A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐玲霞;水淼;徐曉萍;陳姝;鄭衛(wèi)東;高珊;舒杰;馮琳;任元龍
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波大學
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525;H01M10/0562
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種LiMn₂O₄/Al³⁺摻雜Li₇La₃Zr₂O₁₂/Li₄Ti₅O₁₂全固態(tài)薄膜電池及制備方法，其特征在于采用高壓靜電液體噴槍噴射正極與負極材料前驅(qū)物到襯底上，采用超音速火焰噴槍噴射固態(tài)電解質(zhì)，經(jīng)過熱處理后得到全固態(tài)薄膜鋰電池；其過程為：

1)將襯底放置于恒溫200-500℃加熱工作板表面，將襯底表面接地，液體噴槍A連接前驅(qū)溶液I，噴槍A距離加熱工作板表面垂直距離8-20cm，與加熱工作板表面形成50-85°交角并同時接負40-80kV電壓；

2)將壓力為10-30Kpa的載氣作用于噴槍A，噴槍A霧化噴射前驅(qū)溶液I到襯底上，持續(xù)噴射1-30分鐘；噴射流量為1-10mL/min；

3)噴槍A結(jié)束噴射時，將固體電解質(zhì)裝載于超音速火焰噴槍B的料斗上，點火噴槍燃燒可燃氣體，調(diào)節(jié)可燃氣體和氧氣的比例，使得火焰噴槍B發(fā)出明亮的藍色光，火焰噴槍B產(chǎn)生的火焰末端距離加熱工作板表面垂直距離15-30cm，火焰噴槍與加熱工作板表面形成70-90°交角向襯底噴射固體電解質(zhì)1-10分鐘；噴射流量為10-30mg/min；

4)噴槍B結(jié)束噴射時，用噴槍A連接前驅(qū)溶液II，噴槍A距離加熱工作板表面垂直距離8-20cm，噴槍A與加熱工作板表面形成50-85°交角，重新將負40-80kV電壓施加到噴槍A和襯底之間，將壓力10-30Kpa的載氣作用于噴槍A，噴槍A霧化噴射前驅(qū)溶液II到襯底上，前驅(qū)溶液II的流量為1-10mL/min，噴射時間持續(xù)5-30分鐘；

5)噴射結(jié)束后，待加熱工作板表面冷卻后，將加工后的襯底放入馬弗爐在600-900℃下恒溫5-10小時，即制得全固態(tài)薄膜鋰電池。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的前驅(qū)溶液I為：濃度為0.2-2mol/L的草酸錳、濃度為0.1-1mol/L乙酸鋰，及質(zhì)量百分比濃度為0.1-5wt％的助劑水溶液；該助劑為乙二醇甲醚、正戊醇、平均分子量＜5000的聚乙烯醇PVA中的一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的固態(tài)電解質(zhì)為Al³⁺摻雜Li₇La₃Zr₂O₁₂，具體制備方法為將符合通式Li_7+yLa₃Al_yZr_2-yO₁₂；y＝0.1-0.2；的Li₂CO₃、La₂O₃、Al₂O₃、ZrO₂均勻混合，加入2％-6％的95％乙醇，在球磨機中以200-400轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速球磨10-30小時，球磨結(jié)束后在60℃-80℃真空烘箱(真空度在10Pa-100Pa)中干燥10-20小時，取出后在瑪瑙碾缽中重新研磨10-30分鐘，研磨后的粉體以5-10℃/分鐘的速率升溫到700-900℃保溫5-10小時，而后以2-10℃/分鐘的速率升溫到1120-1250℃保溫10-30小時制成固態(tài)電解質(zhì)粉體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的前驅(qū)溶液II的組成為：濃度為0.1-1.6mol/L乙酸鋰，濃度為0.125-2mol/L的鈦酸正丁酯，濃度為0.1-1mol/L的醋酸及質(zhì)量百分比濃度為0.1-5wt％的助劑水溶液；該助劑為乙二醇甲醚、正戊醇、平均分子量＜5000的聚乙烯醇PVA中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的襯底為銅片、硅片、鎳片中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的該燃燒氣體為氫氣、乙炔和丁烷中的一種。