[發明專利]一種用于三維薄膜鋰離子電池的LiFePO4/TiO2正極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610317026.8
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105742612B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 汪淵;牛文驍;勞遠俠;裘南;陳順禮
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/58;H01M4/66;H01M10/0525
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙)51224
• 代理人: 楊軍

1.一種用于三維薄膜鋰離子電池的LiFePO₄/TiO₂正極材料，其特征在于，以TiO₂納米管陣列作為三維薄膜鋰離子電池的三維模板，所述TiO₂納米管陣列中的TiO₂納米管的內壁沉積有LiFePO₄薄膜，且所述TiO₂納米管的管口無堵塞；Ti薄膜位于所述TiO₂納米管的內壁與所述LiFePO₄薄膜之間，且所述Ti薄膜沉積于所述TiO₂納米管的內壁上，所述LiFePO₄薄膜沉積于所述Ti薄膜上。

2.根據權利要求1所述的LiFePO₄/TiO₂正極材料，其特征在于，所述TiO₂納米管的管內徑為60-180nm，管外徑為80-210nm，管長為0.5-2.5μm，管間距為0-20nm；所述LiFePO₄薄膜的厚度為20-60nm。

3.一種基于權利要求1所述的LiFePO₄/TiO₂正極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

將TiO₂納米管陣列置于磁控濺射真空室中，采用磁控濺射方法將LiFePO₄薄膜沉積于TiO₂納米管的內壁；再經真空退火，制備得到用于三維薄膜鋰離子電池的LiFePO₄/TiO₂正極材料。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述磁控濺射真空室的本底真空氣壓小于1.0×10^-3Pa，濺射氣壓為0.5～2.3Pa；

所述磁控濺射方法包括以下步驟：首先通過直流磁控濺射在TiO₂納米管的內壁沉積金屬Ti，形成Ti膜；然后再通過射頻磁控濺射，采用間隙沉積方式在Ti膜上沉積LiFePO₄，形成LiFePO₄膜。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述直流磁控濺射的濺射功率為120-150W，濺射時間為0.5-1.5min；所述射頻磁控濺射的濺射功率為40-80W；所述間隙沉積方式的每輪沉積時間為0.5-2.5min，每輪間隙時間為5-10min，總沉積時間為15-20min；所述總沉積時間為所述每輪沉積時間之和，且不包括所述每輪間隙時間。

6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述每輪沉積時間為1min；所述每輪間隙時間為9min；所述總沉積時間為20min。

7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述直流磁控濺射的濺射源選用純度為99.999wt％的金屬Ti靶；所述射頻磁控濺射的濺射源選用純度不低于99.95wt％的陶瓷LiFePO₄靶。

8.根據權利要求3-7任一項所述的制備方法，其特征在于，所述TiO₂納米管陣列采用陽極氧化法制備，其中，所述陽極氧化法的陽極為鈦片，陰極為石墨片電極，氧化電壓為40～60V，電解液為含有HF、NH₄F和H₂O的乙二醇溶液，其中，HF的質量含量為0.1～0.3％，NH₄F的質量含量為0.4～0.6％，H₂O的體積含量為1～3％；

第一次氧化的時間為1～2h，氧化之后的鈦片用去離子水震蕩清洗，去除表面的氧化物；

第二次陽極氧化時間為1～2h，氧化得到的鈦片經過400-600℃，1-2h退火后得到TiO₂納米管陣列。

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，第一次氧化和第二次氧化的氧化電壓均為60V；氧化時間均為2h。