CN101764220A - 锂离子电池氧化铬-磷化铟纳米复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

锂离子电池氧化铬-磷化铟纳米复合负极材料及其制备方法 Download PDF

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周永宁
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Abstract

本发明属电化学技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料及其制备方法。该材料为薄膜形式，通过激光溅射沉积法制备获得。该薄膜制成的电极，具有良好的充放电循环可逆性，可作为锂离子电池的负极材料。氧化铬-磷化铟纳米复合材料薄膜电极的可逆比容量为568mAh/g。氧化铬-磷化铟纳米复合电极材料化学稳定性好、比容量高、充放电平台的极化小、制备方法简单，适用于锂离子电池。

Description

锂离子电池氧化铬-磷化铟纳米复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属电化学技术领域，具体涉及一种用于锂离子电池的氧化铬-磷化铟纳米复合负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是笔记本电脑、照相机、手机以及其它通讯器材的重要电源，而且有可能作为绿色能源用于汽车和其它交通工具。目前市售的锂离子电池主要由碳基负极材料，有机液体电解质和含锂的过渡金属氧化物正极材料所组成。为了进一步提高锂离子电池的性能，人们正在研究、寻找比碳基负极材料性能更好的新型的负极材料。此外，随着微电子器件的小型化，迫切要求开发与此相匹配的锂离子薄膜电池。
发明内容
本发明的目的在于提出一种性能良好的用于锂离子电池的负极材料及其制备方法。
本发明提出的用于锂离子电池的负极材料，是一种氧化铬-磷化铟纳米复合负极材料的薄膜材料。经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能锂离子电池的负极材料。目前为止没有关于氧化铬-磷化铟纳米复合材料用作锂离子电池负极材料的报道。
本发明提出的作为锂离子电池负极材料的氧化铬-磷化铟纳米复合材料为薄膜形式。
本发明提出用于锂离子电池的氧化铬-磷化铟(记为Cr2O3-InP)纳米复合负极材料的制备方法，具体介绍如下：
作为锂离子电池负极材料的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜采用激光溅射沉积法制备，具体步骤为：将三氧化铬粉末、单质铟粉末和单质磷混合，研磨后压片制成激光溅射沉积所用的靶。靶和基片距离为3～5cm，溅射腔内真空度为10-1～10-2Pa，，溅射在Ar(5～15Pa)氛围下进行，沉积时间为0.5～2小时。
本发明中，氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜的物质组成和晶体结构由透射电子显微镜(JEOL 2010)确定。选区电子衍射图谱(SAED)和X-射线能量散射谱(EDX)表明由激光溅射沉积法制得的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜的物质组成为Cr2O3和InP。由于CrO3中的六价铬离子易被还原成为三价铬离子，所以该薄膜的物质组成为Cr2O3和InP。
本发明中，氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜可直接制成锂离子电池薄膜电极。
本发明中，氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜电极的电化学性能测试采用由三电极组成的薄膜电池系统。其中，氧化铬-磷化铟纳米复合薄膜用作工作电极，高纯锂片分别用作为对电极和参比电极。电解液为1M LiPF6+EC+DMC(V/V＝1/1)。薄膜电池装配在充氩气的干燥箱内进行。薄膜电池的充放电实验在蓝电(Land)薄膜电池测试系统上进行。
本发明中，由激光溅射沉积法在不锈钢片等基片上制得的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜电极具有充放电性能，在电压范围0.01～4.0V和电流密度5μA/cm2时，放电反应的平台出现在1.31V(相对于Li/Li+)，第二次放电过程与第一次放电过程相比，不可逆放电容量损失为12.9％。第二周以后的循环过程有良好的可逆性，平均每次循环容量衰减仅为1.9％。
上述性能表明，氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料是一种新型的负极材料，可应用于锂离子电池。
附图说明
图1为实施例1氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜的SAED谱图。
图2为实施例1氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜的EDX分析谱图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例：
采用激光溅射沉积法制备氧化铬-磷化铟纳米复合材料(Cr2O3-InP)薄膜时，将三氧化铬粉末、单质铟粉末和单质磷混合，研磨后压片制成激光溅射沉积所用的靶。靶和基片距离为3～5cm，溅射腔内真空度为10-1～10-2Pa，，溅射在Ar(5～15Pa)氛围下进行，沉积时间为0.5～2小时。
SAED和EDX衍射测定表明沉积的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜的物质组成(附图1和2)。
对不锈钢基片上的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)复合材料薄膜电极的电化学性能测试结果如下：
氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜电极可在5μA/cm2充放电速率下进行充放电循环。在电压范围0.01-4.0V内，第一次放电容量可达652.9mAh/g，可逆容量为568mAh/g左右。
因此，在不锈钢片上沉积的氧化铬-磷化铟(Cr2O3-InP)纳米复合材料薄膜可用作锂离子薄膜电池的负极材料。

Claims (2)

1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于为一种氧化铬-磷化铟纳米复合薄膜材料，记为Cr2O3-InP。
2.一种如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于采用激光溅射技术制备，具体步骤为：将三氧化铬粉末、单质铟粉末和单质磷混合，研磨后压片制成激光溅射沉积所用的靶，靶和基片距离为3～5cm，溅射腔内真空度为10-1～10-2Pa，溅射在5～15PaAr气氛围下进行，沉积时间为0.5～2小时。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105552356A (zh) * 2015-12-28 2016-05-04 安徽工业大学 一种宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法
CN106450233A (zh) * 2016-11-30 2017-02-22 陕西科技大学 一种还原氧化石墨烯/磷化铟复合纳米材料及制备方法

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