CN102136565A - 用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属电化学技术领域,涉及一种用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合材料及其制备方法。本发明材料为薄膜形式,通过激光溅射沉积法制得。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。制得的氧化铁-硒纳米复合材料薄膜电极的可逆比容量为458mAh/g;氧化铁-硒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。本发明制备方法简单,适用于锂离子电池。
Description
技术领域
本发明属电化学技术领域,涉及氧化铁-硒纳米复合负极材料,具体涉及一中用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料及其制备方法。
背景技术
现有技术公开了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,研究显示,其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。随着上述领域的发展及其实践不断扩展的需要,对锂离子电池的性能的提高提出了更高的要求,为了进一步提高锂离子电池的性能,本领域研究人员正在研究、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。目前为止尚未见关于氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料用作锂离子电池负极材料的报道。
发明内容
本发明的目的在于进一步提高现有技术的锂离子电池的性能,提供一种氧化铁-硒纳米复合负极材料,具体涉及一种用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合负极材料及其制备方法。
本发明提出的用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)复合负极材料,是一种氧化铁-硒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。
本发明提出的作为锂离子电池负极材料的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料为薄膜形式。
本发明提出的用于锂离子电池的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合负极材料的制备方法,其包括下述步骤:
采用激光溅射沉积法制备锂离子电池负极材料的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜:将氧化铁粉末和单质硒粉末混合,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10-4~10-5Pa,沉积时间为0.5~2小时。
本发明中,所述基片为不锈钢基片。
本发明中,氧化铁-硒(Fe2O3-Se)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)结果表明,由所述的激光溅射沉积法制得的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜的物质组成为Fe2O3和Se。
本发明制得的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜可直接制成锂离子电池薄膜电极。
本发明采用由三电极组成的薄膜电池系统测试氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜电极的电化学性能。其中,氧化铁-硒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铁-硒(Fe2O3-Se)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0.82V(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18.4%。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0.56%。
上述性能测试结果表明,本发明制得的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料是一种新型的负极材料,具有如下优点:
1,该材料为薄膜形式
2,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;
3,该氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜电极的可逆比容量为458mAh/g;
4,氧化铁-硒(Fe2O3-Se)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;
5,本发明制备方法简单,适用于锂离子电池。
为了便于理解,以下将通过具体的附图和实施例对本发明的进行详细地描述。需要特别指出的是,具体实例和附图仅是为了说明,显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明,在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变,这些修正和改变也纳入本发明的范围内。
附图说明
图1为实施例1氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜的SAED谱图。
具体实施方式
实施例1
采用激光溅射沉积法制备氧化铁-硒纳米复合材料(Fe2O3-Se)薄膜时,将氧化铁粉末和单质硒粉末混合,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10-4~10-5Pa,沉积时间为0.5~2小时。
SAED和EDX衍射测定表明沉积的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜的物质组成(如图1和表1所示)。
对不锈钢基片上的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)复合材料薄膜电极的电化学性能测试结果如下:
氧化铁-硒(Fe2O3-Se)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561.58mAh/g,可逆容量为458.02mAh/g左右。
因此,在不锈钢片上沉积的氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜可用作锂离子薄膜电池的负极材料。
表1为氧化铁-硒(Fe2O3-Se)纳米复合材料薄膜的EDX分析表。
表1
元素 | 峰面积 | 面积标准差 | K因子 | 质量百分比% | 质量标准差 | 元素含量 |
O | 466 | 42 | 1.810 | 28.67 | 2.05 | 59.53 |
Fe | 1343 | 58 | 1.170 | 53.39 | 2.03 | 31.76 |
Cu | 245 | 27 | 1.366 | 11.39 | 1.20 | 5.95 |
Se | 102 | 22 | 1.894 | 6.55 | 1.37 | 2.76 |
100 |
Claims (5)
1.用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料,其特征在于,所述氧化铁-硒纳米复合负极材料为氧化铁-硒纳米复合材料薄膜,其物质组成为Fe2O3和Se。
2.权利要求1的用于锂离子电池的氧化铁-硒纳米复合负极材料的制备方法,其特征在于,采用激光溅射沉积法,通过下述步骤,
将氧化铁粉末和单质硒粉末混合,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10-4~10-5Pa,沉积时间为0.5~2小时。
3.权利要求1所述的氧化铁-硒纳米复合负极材料在制备锂离子电池薄膜电极中的用途。
4.按权利要求3的用途,其中的氧化铁-硒纳米复合负极材料直接制成锂离子电池薄膜电极。
5.按权利要求3或4的用途,其中的氧化铁-硒纳米复合负极材料为氧化铁-硒纳米复合材料薄膜。
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