[發(fā)明專(zhuān)利]在導(dǎo)電襯底上制備三維LiCoO2納米陣列的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410737269.8
• 申請(qǐng)日: 2014-12-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104466153A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏暉;洪彩云
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/485
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/485;C01G51/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅;朱顯國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池正極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電襯底三維LiCoO₂納米陣列的制備方法。

背景技術(shù)

隨著全球能源問(wèn)題的日益突出，各國(guó)對(duì)于新一代清潔能源的開(kāi)發(fā)顯得十分緊迫。鋰離子電池是當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的理想化學(xué)能源，具有體積小、電容量大、電壓高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于移動(dòng)電話、手提電腦等電子產(chǎn)品，日益擴(kuò)大的電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域?qū)⒔o鋰離子電池帶來(lái)更大的發(fā)展空間。近年來(lái)，作為下一代最有前景之一的柔性光電子器件，其研究備受矚目。但如何將柔性構(gòu)建的思路與基于納米材料的鋰離子電池相結(jié)合，并與此同時(shí)獲得高電池性能、優(yōu)良彎折穩(wěn)定性的鋰離子電池，仍是困擾大多數(shù)科研人員的一個(gè)巨大難題。這種將柔性納米材料陣列用于研究設(shè)計(jì)新穎的高性能柔性鋰離子電池的技術(shù)有望得到進(jìn)一步的拓展，非常有希望滿足未來(lái)柔性能源存儲(chǔ)的發(fā)展需要，也將為今后柔性光電子器件的研究提供了新的思路。

各種微電子和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的小型設(shè)備的產(chǎn)生，使得對(duì)固態(tài)薄膜微電池的需求急劇上升。對(duì)于具有二維(2D)幾何形狀的薄膜微電池的設(shè)計(jì)而言，由于電池占位面積有限制，較小的電極面積會(huì)造成二維電池儲(chǔ)存容量的減小，厚度的增加會(huì)延長(zhǎng)鋰離子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，進(jìn)而導(dǎo)致電池功率密度的下降。二維(2D)微電池結(jié)構(gòu)功率的不足促進(jìn)了三維(3D)微電池體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，三維電極不僅不需要傳統(tǒng)電極制備中的涂覆等工藝，而且還為鋰離子和電子的存儲(chǔ)、傳輸提供了有效的空間和路徑。應(yīng)用三維結(jié)構(gòu)的電池，可獲得高的面積能量密度和面積功率密度。更重要的是，這種陣列結(jié)構(gòu)避免了在充放電過(guò)程中由于體積變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)破碎致使的電化學(xué)性能衰減。目前，三維微電池方面的研究還比較少，而且其中大部分還是集中于3D負(fù)極電極柱陣列的制作和半電池的性能測(cè)試，制備完整的三維結(jié)構(gòu)鋰離子微電池還有很多問(wèn)題要解決。對(duì)于三維正極材料的研究十分有限，這主要是由于正極陣列合成中存在種種困難。LiCoO₂由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能和合成簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)成為了目前最常用的鋰離子電池正極材料。LiCoO₂根據(jù)其制備方法和合成溫度可以劃分成兩種晶體結(jié)構(gòu)。其中高溫(HT)LiCoO₂具有六方層狀結(jié)構(gòu)，而低溫(LT)LiCoO₂則具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)。盡管目前有使用氧化鋁(AAO)作為模板來(lái)制備LiCoO₂納米線陣列的報(bào)導(dǎo)，但其中并未給出任何的電化學(xué)性能。而目前對(duì)于LiCoO₂三維納米陣列的研究還不完善，故此研究出一種新型有效的LiCoO₂三維納米陣列的制備方法顯得尤為必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單的在導(dǎo)電襯底上制備鋰離子電池三維LiCoO₂納米陣列的方法。本發(fā)明的方法反應(yīng)條件溫和簡(jiǎn)單，成本低廉，是一種制備高性能三維LiCoO₂納米陣列材料的方法。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一種在導(dǎo)電襯底上制備三維LiCoO₂納米陣列的方法，包括以下步驟：

1)配制一定量的Co(NO₃)₂、NH₄F和CO(NH₂)₂的混合溶液；

2)將導(dǎo)電襯底浸入裝有上述混合溶液的水熱釜中，在80-120℃的條件下水熱反應(yīng)5-6h；

3)水熱反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗導(dǎo)電襯底，將清洗過(guò)后的導(dǎo)電襯底置于馬弗爐中，在400℃下燒結(jié)4h；

4)將導(dǎo)電襯底置于裝有鋰源溶液的水熱釜中，在240℃的條件下水熱反應(yīng)48-168h；

5)水熱反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗導(dǎo)電襯底，將清洗過(guò)后的導(dǎo)電襯底置于馬弗爐中，在750-850℃下燒結(jié)2h，燒結(jié)結(jié)束后即可得導(dǎo)電襯底上的三維LiCoO₂納米陣列。

步驟1中所述的混合溶液中Co(NO₃)₂濃度為0.1M,NH₄F濃度為0.2M，CO(NH₂)₂濃度為0.5M。

步驟4中所述的鋰源溶液為飽和的LiOH、LiCl或Li₂SO₄溶液；鋰源溶液的體積占水熱釜體積的60-80％。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：