CN102231438A - 一种用于锂离子电池的氧化硼无定形纳米负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于锂离子电池的氧化硼无定形纳米负极材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属电化学技术领域，具体为一种锂离子电池的纳米负极材料及其制备方法。本发明的纳米负极材料为无定形态氧化硼（B2O3）纳米薄膜。该纳米薄膜采用激光溅射沉积法制备获得。由该薄膜制成的电极，突破了传统的关于该类材料无电化学性能的认知，被印证具有良好的充放电性能和循环可逆性，可作为锂离子电池的负极材料。无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜电极的可逆比容量为1100mAh/g。无定形态氧化硼（B2O3）纳米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

一种用于锂离子电池的氧化硼无定形纳米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，具体涉及一种锂离子电池的纳米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锂离子电池的纳米负极材料及其制备方法。
本发明提出的锂离子电池的纳米负极材料，是一种无定形态氧化硼（B2O3）纳米薄膜材料。经研究表明，该薄膜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。目前为止没有关于无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料用作锂离子电池负极材料的报道。 
本发明提出的锂离子电池的无定形态氧化硼（B2O3）纳米负极材料的制备方法，采用激光溅射沉积法，具体步骤为：将三氧化二硼粉末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，无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜的物质组成和晶格结构由X射线光电子能谱分析仪和透射电子显微镜（JEOL 2010）确定。X射线光电子能谱（XPS）和选区电子衍射图谱（SAED）表明由激光溅射沉积法制得的氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜为无定形态的B2O3。
本发明中，无定形态氧化硼（B2O3）纳米薄膜材料可直接制成锂离子电池薄膜电极。
本发明中，无定形态氧化硼（B2O3）纳米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，无定形态氧化硼（B2O3）纳米薄膜用作工作电极，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无定形态氧化硼（B2O3）纳米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4 mA/cm2时，放电反应的平台出现在1.7V和0.7V（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36.4%。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0.31%。
上述性能表明，无定形态氧化硼（B2O3）纳米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无定形态氧化硼（B2O3） 纳米材料薄膜的循环充放电谱图。
图2为实施例1无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜的XPS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1
采用激光溅射沉积法制备无定形态氧化硼纳米材料（B2O3）薄膜时，将三氧化二硼粉末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。
XPS能谱测定表明沉积的无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜的物质组成（附图2）。
对不锈钢基片上的无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜电极的电化学性能测试结果如下（附图1）：
无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜电极可在4 mA/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1729.73mAh/g，可逆容量为1100mAh/g左右。
因此，在不锈钢片上沉积的无定形态氧化硼（B2O3）纳米材料薄膜可用作锂离子薄膜电池的负极材料。

Claims (3)

1.一种锂离子电池纳米负极材料，其特征在于为无定形态氧化硼纳米薄膜。
2.一种如权利要求1所述的锂离子电池纳米负极材料的制备方法，其特征在于采用激光溅射，具体步骤为：将三氧化二硼粉末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氛围下进行，Ar氛围的压力为5～15Pa，沉积时间为0.5～2小时，即得无定形态氧化硼纳米薄膜。
3.如权利要求1所述的方法制备的无定形态氧化硼纳米薄膜作为锂离子电池负极材料的应用。
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CN109306551A (zh) * 2018-07-18 2019-02-05 湘潭大学 一种硼掺杂二氧化钛纳米纤维及其制备方法和作为锂离子电池负极材料的应用

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Title
《Electrochemical and Solid-State Letters》 20080128 Zhou Yongning et al Li3N-Co Nanocomposite: A new Promising Lithium-Ion Storage Material 第51-54页 第11卷, 第4期 *
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