專利名稱：一種用于鋰離子電池的納米負極材料及其制備方法
一種用于鋰離子電池的納米負極材料及其制備方法技術領域
本發(fā)明屬電化學技術領域，具體涉及一類用于鋰離子電池的負極材料及其制備方法。
背景技術：
鋰離子電池是筆記本電腦、照相機、手機以及其它通訊器材的重要電源，而且有可能作為綠色能源用于汽車和其它交通工具。目前市售的鋰離子電池主要由碳基負極材料， 有機液體電解質(zhì)和含鋰的過渡金屬氧化物正極材料所組成。為了進一步提高鋰離子電池的性能，人們正在研究、尋找比碳基負極材料性能更好的新型的負極材料。此外，隨著微電子器件的小型化，迫切要求開發(fā)與此相匹配的鋰離子薄膜電池。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一類具備電化學活性且性能良好的鋰離子電池的負極納米材料及其制備方法。
本發(fā)明提出的用于鋰離子電池的負極納米材料，是一種新型的無定形態(tài)草酸亞錫 (分子式為SnC2O4)納米薄膜材料。此前并未發(fā)現(xiàn)草酸亞錫(SnC2O4)材料具備電化學活性， 然而通過本課題開發(fā)出來的無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)突破了傳統(tǒng)的認知，被印證具有良好的電化學性能，可作為高性能鋰離子電池的負極材料。截止目前為止沒有關于無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料用作鋰離子電池負極材料的報道。
本發(fā)明提出的作為鋰離子電池負極材料的無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料為薄膜形式，且具備良好電化學活性。
本發(fā)明提出用于鋰離子電池的納米負極材料的制備方法，采用激光濺射沉積法制備，具體步驟為將草酸亞錫粉末研磨后壓片制成磁控濺射沉積所用的靶。靶和基片距離為 3 5cm，濺射腔內(nèi)真空度為10—1 10_2Ρ ，，濺射在Ar (1 IOOPa)氛圍下進行，沉積時間為0. 5 2小時。
本發(fā)明中，無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜的物質(zhì)組成由X射線光電子能譜分析儀(XPS)、X射線衍射儀和拉曼光譜確定。X射線衍射儀(XRD)和拉曼光譜表明由激光濺射沉積法制得的草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜為無定形態(tài)的SnC204。
本發(fā)明中，無定形態(tài)SnC2O4納米材料薄膜可直接制成鋰離子電池薄膜電極。
本發(fā)明中，無定形態(tài)SnC2O4納米材料薄膜電極的電化學性能測試采用由三電極組成的薄膜電池系統(tǒng)。其中，無定形態(tài)SnC2O4納米薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對電極和參比電極。電解液為IM LiPF6 + EC + DMC (V/V=l/1)。薄膜電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進行。薄膜電池的充放電實驗在藍電(Land)薄膜電池測試系統(tǒng)上進行。
本發(fā)明中，由激光濺射沉積法在不銹鋼片等基片上制得的無定形態(tài)草酸亞錫 (SnC2O4)納米材料薄膜電極具備充放電性能，在電壓范圍0. 01 3. OV和電流密度2 μ A/cm2 時，放電反應的平臺出現(xiàn)在1.2V和0. 6V(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17. 86%。第二周以后的循環(huán)過程有良好的可逆性，平均每次循環(huán)容量衰減僅為8. 6%。
上述性能表明，無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料可作為一種新型的負極材料應用于鋰離子電池。


圖1為實施例1無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜的循環(huán)充放電譜圖。
圖2為實施例1無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜的拉曼分析譜圖。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。
實施例采用激光濺射沉積法制備無定形態(tài)草酸亞錫納米材料(SnC2O4)薄膜時， 將草酸亞錫粉末研磨后壓片制成磁控濺射沉積所用的靶。靶和基片距離為3 5cm，濺射腔內(nèi)真空度為10—1 KT2Pa，濺射在Ar (1 IOOPa)氛圍下進行，沉積時間為0. 5 2小時。
拉曼譜圖測定表明沉積的無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜的物質(zhì)組成 (附圖2)。
對不銹鋼基片上的無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜電極的電化學性能測試結(jié)果如下(附圖1):無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜電極可在2μ A/cm2充放電速率下進行充放電循環(huán)。在電壓范圍0.01-3. OV內(nèi)，第一次放電容量可達504. 5mAh/g，可逆容量為 414. ImAh/g 左右。
因此，在不銹鋼片上沉積的無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜可用作鋰離子薄膜電池的負極材料。
權利要求
1.一種鋰離子電池納米負極材料，該特征在于為一種無定形態(tài)草酸亞錫納米薄膜材料，該無定形態(tài)草酸亞錫分子式為SnC204。
2.一種如權利要求1所述的鋰離子電池納米負極材料的制備方法，其特征在于該納米負極材料采用磁控濺射技術制備，具體步驟為將草酸亞錫粉末研磨后壓片制成磁控濺射沉積所用的靶；靶和基片距離為3 5cm，濺射腔內(nèi)真空度為KT1 10_2Pii，濺射在Ar氛圍下進行，Ar為1 lOOPa，沉積時間為0. 5 2小時。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學技術領域，具體為一種鋰離子電池的納米負極材料及其制備方法。該負極材料為無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)薄膜形式，通過磁控濺射沉積法制備獲得。由該薄膜制成的電極，突破了傳統(tǒng)的關于該類材料無電化學性能的認知，被印證具有良好的充放電性能和循環(huán)可逆性，可作為鋰離子電池的負極材料。無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米材料薄膜電極的可逆比容量為504.5mAh/g。無定形態(tài)草酸亞錫(SnC2O4)納米電極材料化學穩(wěn)定性好、比容量高、充放電平臺的極化小、制備方法簡單，適用于鋰離子電池。
文檔編號H01M4/60GK102522556SQ20111043419
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者任欽琪, 傅正文 申請人:復旦大學