專利名稱：鋰離子電池負(fù)極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步講為鋰電池，具體涉及用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迅猛發(fā)展，為微執(zhí)行器提供能源的微型電池需求巨大。其中，全固態(tài)薄膜鋰離子電池由于安全性高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)而成為最理想的能源。常用薄膜電池負(fù)極薄膜，如金屬鋰在與微機(jī)電系統(tǒng)集成時(shí)因金屬鋰性質(zhì)活潑而帶來安全問題，而常用鋰合金等負(fù)極薄膜，由于嵌脫鋰時(shí)強(qiáng)體積變化導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)破壞，從而引起電極變形，導(dǎo)致電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性下降。因此，尋找充放電循環(huán)可逆性較好，使用壽命長的負(fù)極材料是提高薄膜鋰離子電池性能的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種與微機(jī)電系統(tǒng)兼容性好、無變形，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，電池使用壽命長的鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。
本發(fā)明的解決方案是 一種鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其特點(diǎn)是基片表面的負(fù)極薄膜為氟化錳薄膜。經(jīng)研究表明，氟化錳薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，與微機(jī)電系統(tǒng)集成、電極變形等方面性能優(yōu)越。
本發(fā)明的解決方案中氟化錳薄膜晶體結(jié)構(gòu)為四方結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的MnF2在充放電中循環(huán)穩(wěn)定。
本發(fā)明的解決方案中氟化錳薄膜的厚度為O. 2-l齙性能最好。
本發(fā)明制備方法的解決方案是鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特點(diǎn)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y m;
b. 將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，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(jīng)透鏡聚焦后入射到旋轉(zhuǎn)的靶上，經(jīng)激光束激發(fā)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(fā)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(shí)間為1-2. 5小時(shí)，氟化錳沉積薄膜的厚度達(dá)到O. 2-1 y m。
本發(fā)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(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極其基片表面的負(fù)極薄膜為氟化錳薄膜，氟化錳薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，與微機(jī)電系統(tǒng)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(fù)極材料，其制備方法簡單，節(jié)約材料。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例氟化錳薄膜的XRD譜圖2為本發(fā)明實(shí)施例氟化錳薄膜的充放電曲線。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例 一種鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其基片表面的負(fù)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-lum。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(nèi)，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(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上，經(jīng)激光束激發(fā)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(shí)間為2小時(shí)。
本實(shí)施例制備的氟化錳薄膜晶體結(jié)構(gòu)為四方結(jié)構(gòu)，其XRD譜圖如圖1，圖中星號(hào)表示不銹鋼基片的衍射峰，括號(hào)內(nèi)的是衍射峰的晶面指標(biāo)。由掃描電鏡照片測(cè)定表明由脈沖激光反應(yīng)性沉積制得的氟化錳薄膜表面光滑，粒徑在100 200nm。
圖2為實(shí)施例氟化錳薄膜的充放電曲線，由脈沖激光反應(yīng)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(yīng)的平臺(tái)出現(xiàn)在0.5V (相對(duì)于1^+/ 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O. 01 4. 0V和電流密度2 uA/cm2時(shí)，氟化錳薄膜電極前50次循環(huán)具有350 530 mAh. g—^勺可逆容量。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池負(fù)極，包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，其特征在于基片表面的負(fù)極薄膜為氟化錳薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋰離子電池負(fù)極，其特征在于氟化錳薄膜晶體結(jié)構(gòu)為四方結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋰離子電池負(fù)極，其特征在于氟化錳薄膜的厚度為0.2-lym。
4.一種如權(quán)利要求l所述的鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于包括以下步驟a. 將氟化錳粉末壓片制成脈沖激光沉積所用的靶；b. 將靶和基片放入真空沉積腔內(nèi)，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(jīng)透鏡聚焦后入射到旋轉(zhuǎn)的耙上，經(jīng)激光束激發(fā)的物質(zhì)濺射到基片上，在基片上沉積得到氟化錳薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于激光束能量密度為20 40m J. cm-2，沉積時(shí)間為1-2. 5小時(shí)，氟化錳沉積薄膜的厚度達(dá)到O. 2-1y m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池負(fù)極的制備方法，其特征在于由摻釹釔鋁榴石激光器產(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到靶上。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池負(fù)極及其制備方法。包括電極基片、基片表面的負(fù)極薄膜，基片表面的負(fù)極薄膜為氟化錳薄膜；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(nèi)，靶與基片距離25-50mm，工作氣氛為氬氣氣氛，c.經(jīng)激光束激發(fā)的物質(zhì)濺射到基片上，在基片上沉積得到氟化錳薄膜。本發(fā)明采用激光脈沖沉積制備了氟化錳薄膜，適合用作薄膜鋰離子電池的負(fù)極材料。氟化錳薄膜具有良好的電化學(xué)性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，作為高性能鋰離子電池的負(fù)極薄膜，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，便于與微機(jī)電系統(tǒng)集成，無電極變形等問題。其制備方法簡單，節(jié)約材料。
文檔編號(hào)H01M4/58GK101673818SQ20091030830
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者傅正文, 劉效疆, 孟凡明, 崔艷華, 汪小琳, 偉 蘇 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院電子工程研究所