CN101136468A - 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法 - Google Patents

一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101136468A
CN101136468A CNA2007101198170A CN200710119817A CN101136468A CN 101136468 A CN101136468 A CN 101136468A CN A2007101198170 A CNA2007101198170 A CN A2007101198170A CN 200710119817 A CN200710119817 A CN 200710119817A CN 101136468 A CN101136468 A CN 101136468A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lithium ion
ion battery
pole piece
sputtering
plated film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007101198170A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100561778C (zh
Inventor
吴锋
任旭梅
钭一伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Technology BIT
Original Assignee
Beijing Institute of Technology BIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Technology BIT filed Critical Beijing Institute of Technology BIT
Priority to CNB2007101198170A priority Critical patent/CN100561778C/zh
Publication of CN101136468A publication Critical patent/CN101136468A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100561778C publication Critical patent/CN100561778C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明涉及一种通过磁控溅射方法在锂离子电池负极表面镀膜的技术。通过涂片得到普通锂离子电池负极极片，并裁成所需大小放入磁控溅射设备的样品室，将合适的靶材放入磁控溅射设备的溅射室，设定溅射功率为40W～60W，溅射时间为2min～30min，得到经过镀膜的极片。所得负极极片具有较好的循环性能、充放电容量及热稳定性、提高锂离子电池在过充、过放以及滥用条件下的安全性能。

Description

一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料技术，具体为一种锂离子电池负极材料的表面镀膜技术的改性方法。
背景技术
锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，它以不同的嵌锂化合物为正负的二次电池，一般采用钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂以及它们的改性化合物作为正极，采用锂插入碳化合物作为负极，以溶解有锂盐的有机溶液为电解质组成电池。在充放电过程中，Li+在两极之间往返嵌入和脱嵌实现电池的充放电。锂离子电池以其能量高、寿命长、自放电小、安全和环境友好等特点得到了迅猛的发展，并被广泛地应用。锂离子电池以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，像大家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国家将该电池应用于军事用途。
然而，高容量及动力型锂离子电池商业化推广的主要制约因素是安全性问题，特别是在滥用条件下(如加热、过充、过放、短路、振动、挤压等)会出现着火、爆炸乃至人员受伤等事件。由于锂离子电池的安全性存在各种问题，还使得以锂电池为动力的新型动力车市场止步不前。因此，研究锂离子电池的爆炸机理及提高电池的安全性是研发锂离子电池以及影响锂离子电池商业化的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过磁控溅射方法对锂离子电池负极片表面镀膜的制备技术。采用本技术制备的锂离子电池的负极极片，使锂离子电池具有较好的循环性能及更长的使用寿命，提高其热稳定性，同时加强其在过充、过放以及滥用条件下的安全性能。
普通的负极极片是由活性物质天然石墨、改性石墨、中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硬碳等碳质材料同样通过添加导电剂乙炔黑和粘结剂PVDF涂片而成。
本发明的技术方案为：是采用磁控溅射的方法，溅射时间为2min～30min，溅射功率为40W～60W，在负极表面生成一层颗粒状的薄膜。
所用的镀膜靶材材料为稳定的单质或氧化物，包括Si、SiO2、CaO、CaF、Al2O3、SiC、MgO、ZrO、FeOx。
锂离子电池负极极片表面镀膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将负极活性物质(天然石墨、改性石墨、中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硬碳等碳质材料)、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(PVDF)按重量比85∶10∶5的比例混合涂片，烘干得到未镀膜极片；
(2)将(1)中涂好的极片裁成所需尺寸放入磁控溅射设备的样品室；
(3)将靶材放入磁控溅射设备的溅射室；
(4)调整磁控溅射设备的气压到实验要求的数值，设定溅射功率及溅射时间；
(5)开始运行设备为样品镀膜，得到镀膜修饰过的锂离子电池负极材料。
通过磁控溅射方法为锂离子电池极片镀膜的原理是：将磁控溅射设备的镀膜室本底真空度抽到7×10-3Pa以下，充入一定比例的工作气体如氩气、氧气、氮气等当达到工艺所要求的真空度时，在镀室中游离的电子，在电场的作用下飞向极片，但由于它所到靶磁场的束缚而延长运动路程(即磁控管模式)。电子在正交电磁场的作用下，在飞向极片的过程中与氩原子发生碰撞(极片在电场中的高电位位置)，若电子具有足够的能量时，则电离出正离子和另一个电子e。电子飞向极片。电离出的正离子在电场作用下加速飞向溅射靶并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子(或分子)沉积在极片表面上形成薄膜。
本发明的有益效果是：镀膜层与极片表面的结合力强，对极片表面破坏少，在惰性气体下可以防止极片氧化，镀膜层致密、均匀；同时设备简单，操作方便，控制也不太难。镀膜后的极片在循坏过程形成了完整、均匀的SEI膜，从而降低了充放电过程中的不可逆容量使电池具有较好的循坏性能、充放电容量、更长的使寿命、良好热稳定性、提高了过充、过放以及滥用条件下的安全性能。
附图说明
图1-a锂离子电池负极未镀膜极片的扫描电镜图，
b锂离子电池负极镀膜时间为5min极片的扫描电镜图，
c为锂离子电池负极镀膜时间为10min极片的扫描电镜图，
d为锂离子电池负极未镀膜时间为15min极片的扫描电镜图；
图2—锂离子电池负极镀膜时间为5min极片的扫描电镜的能谱分析图；
图3—负极镀膜极片与未处理极片首次充放电比较；
图4—为镀膜极片与未处理极片前十周放电容量比较，
b为镀膜极片与未处理极片前十周循环效率比较。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行说明：
实施例1
负极极片镀膜：选用天然石墨球(图1a)作为负极材料的活性物质，称0.5g天然石墨加0.0588g导电剂乙炔黑放到研钵中再加入0.0294g粘结剂聚偏氟乙烯(PVDF)以N-甲基-2-吡啶烷酮为粘结剂的溶剂，将三者在常温常压下混和成浆料，均匀涂布于作为集流体的铜箔衬底上，所得到的薄膜厚度约为40μm，经55℃真空干燥12h后，于0.2MPa下压紧，然后将烘好的极片裁成20×20mm备用。把裁好的极片放入磁控溅射设备的样品室。将Si靶材放入磁控溅射设备的溅射室。调磁控溅射设备的气压到0.5Pa，设置溅射功率40W和溅射时间为5min开始运行设备为样品镀膜。见图1、图2、图3、图4。
实施例2
将实施例1种所涂20×20mm备用负极极片，放入磁控溅射设备的样品室。把CaO靶放入控溅射设备的溅射室。调磁控溅射设备的气压到0.5Pa，设置溅射功率40W和溅射时间为10min开始运行设备为样品镀膜。
实施例3
将实施例1种所涂20×20mm备用负极极片，放入磁控溅射设备的样品室。把SiO2靶放入控溅射设备的溅射室。调磁控溅射设备的气压到0.5Pa，设置溅射功率40W和溅射时间为5min开始运行设备为样品镀膜。
分析附图可以知道，经过磁控溅射镀膜后的锂离子电池负极极片可以看到表面生成了一层颗粒状的薄膜。采用该方制备的电极在原电极表面形成保护膜，该膜稳定，均匀的覆于电极表面。表面薄层使镀膜后的极片在循坏过程形成了完整、均匀的SEI膜，从而降低了充放电过程中的不可逆容量使电池具有较好的循坏性能、充放电容量、更长的使寿命、良好热稳定性、提高了过充、过放以及滥用条件下的安全性能。

Claims (3)

1.一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法，其特征在于：所述的方法是采用磁控溅射的方法，溅射时间为2min～30min，溅射功率为40W～60W，在负极表面生成一层颗粒状的薄膜。
2.如权利要求1所述的所一种提高锂离子电池负极安全性的方法，其特征在于：用的镀膜靶材材料为稳定的单质或氧化物，包括Si、SiO2、CaO、CaF、Al2O3、SiC、MgO、ZrO、FeOx。
3.如权利要求1所述的一种提高锂离子电池负极安全性的方法，其特征在于：锂离子电池负极极片表面镀膜的制备方法包括以下步骤：
(1)将负极活性物质(天然石墨、改性石墨、中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硬碳等碳质材料)、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(PVDF)按重量比85∶10∶5的比例混合涂片，烘干得到未镀膜极片；
(2)将(1)中涂好的极片裁成所需尺寸放入磁控溅射设备的样品室；
(3)将靶材放入磁控溅射设备的溅射室；
(4)调整磁控溅射设备的气压到实验要求的数值，设定溅射功率及溅射时间；
(5)开始运行设备为样品镀膜，得到镀膜修饰过的锂离子电池负极材料。
CNB2007101198170A 2007-07-31 2007-07-31 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法 Expired - Fee Related CN100561778C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101198170A CN100561778C (zh) 2007-07-31 2007-07-31 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101198170A CN100561778C (zh) 2007-07-31 2007-07-31 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101136468A true CN101136468A (zh) 2008-03-05
CN100561778C CN100561778C (zh) 2009-11-18

Family

ID=39160402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007101198170A Expired - Fee Related CN100561778C (zh) 2007-07-31 2007-07-31 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100561778C (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102403497A (zh) * 2010-09-16 2012-04-04 三星Sdi株式会社 可再充电锂电池负极活性材料及包括其的可再充电锂电池
CN102427119A (zh) * 2011-12-02 2012-04-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种在锂离子电池隔膜上连续镀膜的方法
CN102947987A (zh) * 2010-06-23 2013-02-27 索尼公司 导电材料的制造方法、导电材料及电池
CN102947896A (zh) * 2010-06-23 2013-02-27 索尼公司 透明导电膜及其制造方法、染料敏化太阳能电池和固体电解质电池
CN103647085A (zh) * 2013-12-19 2014-03-19 山东精工电子科技有限公司 锂离子电池负极集流体材料及制备方法
RU2596023C2 (ru) * 2014-12-17 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Литион" Анодный материал
CN106159212A (zh) * 2015-03-23 2016-11-23 赵宽 一种磁控溅射制备纳米硅薄膜钛酸锂负极的方法
CN108735527A (zh) * 2018-07-10 2018-11-02 肇庆华锋电子铝箔股份有限公司 一种用于超级电容器的金属箔集流体
CN108767198A (zh) * 2018-04-24 2018-11-06 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种新型锂离子电池钛基金属氢化物负极的制备方法
CN109659539A (zh) * 2018-12-20 2019-04-19 电子科技大学 一种基于原位复合及重组制备锂电池正极材料的方法
CN113013383A (zh) * 2021-04-07 2021-06-22 深圳市虎电固态新能源科技有限公司 一种锂电池极片制备方法及其固态锂电池

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102947987A (zh) * 2010-06-23 2013-02-27 索尼公司 导电材料的制造方法、导电材料及电池
CN102947896A (zh) * 2010-06-23 2013-02-27 索尼公司 透明导电膜及其制造方法、染料敏化太阳能电池和固体电解质电池
CN102403497A (zh) * 2010-09-16 2012-04-04 三星Sdi株式会社 可再充电锂电池负极活性材料及包括其的可再充电锂电池
CN102403497B (zh) * 2010-09-16 2014-07-16 三星Sdi株式会社 可再充电锂电池负极活性材料及包括其的可再充电锂电池
CN102427119A (zh) * 2011-12-02 2012-04-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种在锂离子电池隔膜上连续镀膜的方法
CN103647085A (zh) * 2013-12-19 2014-03-19 山东精工电子科技有限公司 锂离子电池负极集流体材料及制备方法
RU2596023C2 (ru) * 2014-12-17 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Литион" Анодный материал
CN106159212A (zh) * 2015-03-23 2016-11-23 赵宽 一种磁控溅射制备纳米硅薄膜钛酸锂负极的方法
CN108767198A (zh) * 2018-04-24 2018-11-06 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种新型锂离子电池钛基金属氢化物负极的制备方法
CN108767198B (zh) * 2018-04-24 2021-07-06 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种新型锂离子电池钛基金属氢化物负极的制备方法
CN108735527A (zh) * 2018-07-10 2018-11-02 肇庆华锋电子铝箔股份有限公司 一种用于超级电容器的金属箔集流体
CN109659539A (zh) * 2018-12-20 2019-04-19 电子科技大学 一种基于原位复合及重组制备锂电池正极材料的方法
CN113013383A (zh) * 2021-04-07 2021-06-22 深圳市虎电固态新能源科技有限公司 一种锂电池极片制备方法及其固态锂电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN100561778C (zh) 2009-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100561778C (zh) 一种提高锂离子电池负极安全性的表面镀膜修饰方法
CN100527483C (zh) 一种提高锂离子电池正极安全性的表面镀膜修饰方法
WO2020073915A1 (zh) 锂离子电池负极材料及非水电解质电池
CN101420047B (zh) 一种锂硫二次电池的制备方法
CN108232111A (zh) 一种固态电池用的复合正极极片及其制备方法
CN103259046B (zh) 可快速充电的高倍率磷酸铁锂电池的制备方法
WO2015023848A1 (en) Li/metal battery with composite solid electrolyte
JP2010529593A (ja) リチウムイオン電池用のリチウムリン酸鉄正極活物質及びその調製方法
KR100758383B1 (ko) 리튬/유황이차전지용 탄소 코팅 유황전극
WO2022267535A1 (zh) 锂金属负极极片、电化学装置及电子设备
CN105140463A (zh) 一种复合钴酸锂电极及其制作方法
KR20170003544A (ko) 전극, 그의 제조 방법, 전지, 및 전자 기기
US20220069279A1 (en) All-solid-state battery and manufacturing method therefor
CN103151493A (zh) 一种包覆磷酸锂的磷酸铁锂电极及其制备方法
CN104659412A (zh) 含平面三角形基团的锂碳硼氧化物固态电解质材料和电池
CN116014220B (zh) 正极补锂添加剂及其制备方法、正极片、二次电池
CN104966814A (zh) 一种高安全性的金属锂负极及其制备方法
CN101692493A (zh) 一种提高锂离子电池正极稳定性的金属膜和制作方法
CN107665974A (zh) 一种锂硫电池负极及其制备和应用
CN113851648A (zh) 一种固态电池用复合负极及其制备方法、固态电池
CN107069075A (zh) 一种普鲁士蓝/氮化磷酸锂/锂全固态二次电池及其制备方法
CN113161513A (zh) 耐过充负极及其制备方法、锂离子电池
CN115312760A (zh) 复合补锂添加剂及制备方法和应用
CN111224068A (zh) 一种用于锂电池的金属锂负极和锂电池
CN109273670B (zh) 一种具有高比表面介孔保护膜的金属锂负极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091118

Termination date: 20100731