CN103215554B - BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法 - Google Patents

BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103215554B
CN103215554B CN201310114733.3A CN201310114733A CN103215554B CN 103215554 B CN103215554 B CN 103215554B CN 201310114733 A CN201310114733 A CN 201310114733A CN 103215554 B CN103215554 B CN 103215554B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bifeo
sodium
magnetron sputtering
anode material
ion battery
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201310114733.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103215554A (zh
Inventor
李长明
孙柏
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.)
Southwest University
Original Assignee
Southwest University
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 Southwest University filed Critical Southwest University
Priority to CN201310114733.3A priority Critical patent/CN103215554B/zh
Publication of CN103215554A publication Critical patent/CN103215554A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103215554B publication Critical patent/CN103215554B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明公开了一种BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：1）将BiFeO3粉末压制成靶材；2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；3）将基片放入磁控溅射腔体内；4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入惰性气体，利用磁控溅射法在基片上沉积BiFeO3薄膜；5）将沉积了BiFeO3薄膜的基片在真空条件下400~700℃退火，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。本发明制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料具有良好传输钠离子的独特物理性质，而且钠离子的传输不易破坏BiFeO3良好的结晶程度，不但可以提高电池的实际容量，而且可以大大地延长循环使用寿命。

Description

BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种钠离子电池阳极材料的制备方法，特别涉及一种BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法。
背景技术
自1859年Gaston Plante提出铅-酸电池概念以来，化学电源界一直在探索新的高比能量、循环寿命长的二次电池。1990年日本SONY公司率先研制成功并实现商品化的锂离子电池，在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面展示了广阔的应用前景和潜在的巨大经济效益，迅速成为近几年广为关注的研究热点。
目前，锂离子电池的大规模开发受到锂资源的限制，锂电池安全性问题从技术上还没有根本解决。今后蓄电池大型化进程中，材料成本所占比例增加，更加受到资源的制约。日本东京电力公司和NGK公司合作开发钠硫电池作为储能电池，并于2002年开始进入商品化实施阶段，截止2005年10月统计，年产钠硫电池量已超过100MW，同时开始向海外输出。
钠离子电池不仅利于环境保护，更具经济性。钠离子半径较大，与锂离子相比库仑引力小，配位溶剂易脱离，扩散速度快，钠电池高速充放电性能可以更好。
开发钠离子电池的关键之一是寻找合适的阳极材料，使电池具有足够高的钠嵌入量和很好的钠脱嵌可逆性，以保证电池的高电压、大容量和长循环寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，制备的BiFeO3钠离子电池阳极材料能够实现电池的高容量充放电，并且循环寿命长。
本发明的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将基片放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入惰性气体，利用磁控溅射法在基片上沉积BiFeO3薄膜；
5）将沉积了BiFeO3薄膜的基片在真空条件下400~700℃退火，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
进一步，所述步骤1）中，BiFeO3粉末用高温固相烧结法制得。
进一步，所述步骤3）中，基片为铜片，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再铜片将放入磁控溅射腔体内。
进一步，所述步骤4）中，惰性气体为氩气，气压为1.0Pa，沉积速率为0.08 nm/s，沉积厚度为300 nm。
进一步，所述步骤5）中，真空度为8.5×10-4 Pa，退火温度为600℃，退火时间为1小时。
本发明的有益效果在于：本发明利用磁控溅射的方法在基片上沉积BiFeO3薄膜，并且利用了高温真空退火的方法，有效提高了BiFeO3 的结晶程度，同时在BiFeO3表面可以形成大量的孔洞，从而使其具有良好传输钠离子的独特物理性质，而且钠离子的传输不易破坏BiFeO3良好的结晶程度，因此将其作为钠离子电池阳极材料，不但可以提高电池的实际容量，而且可以大大地延长循环使用寿命；本发明制备的BiFeO3钠离子电池阳极材料能够实现电池的长寿命、高容量，能够用于各种电子器件的理想钠离子电池。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料的XRD图；
图2为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料的SEM平面及截面图；
图3为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3的四个钮扣式钠离子电池的CV曲线；
图4为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3的四个钮扣式钠离子电池的前三次充放电循环曲线；
图5为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3的四个钮扣式钠离子电池在不同放电倍率下的容量——循环次数曲线；
图6为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3的四个钮扣式钠离子电池在同一放电倍率下的容量——循环次数曲线；
图7为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3的四个钮扣式钠离子电池的impedance曲线。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
实施例1的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）用常规高温固相烧结法制得BiFeO3粉末，将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将铜片作为基片，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再铜片将放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入氩气，气压为1.0Pa，利用磁控溅射法在铜片上沉积BiFeO3薄膜，沉积速率为0.08 nm/s，沉积厚度为300 nm；
5）将沉积了BiFeO3薄膜的铜片在真空度为8.5×10-4 Pa的真空条件下600℃退火1小时，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
比较例1
比较例1的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）用常规高温固相烧结法制得BiFeO3粉末，将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将铜片作为基片，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再铜片将放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入氩气，气压为1.0Pa，利用磁控溅射法在铜片上沉积BiFeO3薄膜，沉积速率为0.08 nm/s，沉积厚度为300 nm，得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
比较例2
比较例2的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）用常规高温固相烧结法制得BiFeO3粉末，将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将铜片作为基片，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再铜片将放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入氩气，气压为1.0Pa，利用磁控溅射法在铜片上沉积BiFeO3薄膜，沉积速率为0.08 nm/s，沉积厚度为300 nm；
5）将沉积了BiFeO3薄膜的铜片在真空度为8.5×10-4 Pa的真空条件下300℃退火1小时，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
比较例3
比较例3的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，包括以下步骤：
1）用常规高温固相烧结法制得BiFeO3粉末，将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将铜片作为基片，先用稀盐酸清洗去除铜片表面的氧化层，再铜片将放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入氩气，气压为1.0Pa，利用磁控溅射法在铜片上沉积BiFeO3薄膜，沉积速率为0.08 nm/s，沉积厚度为300 nm；
5）将沉积了BiFeO3薄膜的铜片在真空度为8.5×10-4 Pa的真空条件下800℃退火1小时，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
图1为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料的XRD图，如图1所示，可以看出实施例1的BiFeO3经过了600℃的高温真空退火，有效提高了BiFeO3的结晶程度，而经过800℃高温真空退火的BiFeO3出现了Bi2O3和FeO杂相。
图2为实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料的SEM平面及截面图，如图2所示，其中图2(a)和(b)为比较例1的平面SEM图，图2(c)和(d)为比较例2的平面SEM图，图2(e)和(f)为实施例1的平面SEM图，图2(g)和(h)为比较例3的平面SEM图，图2(i)和(j)为BiFeO3薄膜的截面图。由图2可以看出，实施例1和比较例2、比较例3的BiFeO3经过了300℃以上的高温真空退火，在BiFeO3表面形成了大量微观孔洞，这种孔洞实现了足够高的钠嵌入量和很好的钠脱嵌可逆性。
分别将实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备得到的BiFeO3钠离子电池阳极材料作为工作电极，金属钠片作为对电极，溶解在四乙二醇二甲醚中浓度为1M的 NaCF3SO3作为电解液，制备成四个CR2025型钮扣式钠离子电池。
图3为四个钮扣式钠离子电池的CV曲线，如图3所示，随着退火温度的提高，其氧化峰越尖锐。
图4为四个钮扣式钠离子电池的前三次充放电循环曲线，如图4所示，由该图可知，其放电平台电压大约都为0.3V。
图5为四个钮扣式钠离子电池在不同放电倍率下的容量——循环次数曲线，由图5可见，经过600℃高温真空退火所制备的BiFeO3在不同放电倍率下，其容量都较高。
图6为四个钮扣式钠离子电池在同一放电倍率下的容量——循环次数曲线，由图6可见，比较例1、比较例2和比较例3所制备的BiFeO3衰减很严重，实施例1在充放电循环100次后，容量几乎没有衰减。
图7为四个钮扣式钠离子电池的impedance曲线，如图7所示，可以看出，随着退火温度的上升，其阴抗相应增大。
通过上述实验可以证明，实施例1通过磁控溅射沉积BiFeO3薄膜然后在600℃高温真空退火的方法制备得到BiFeO3钠离子电池阳极材料，该阳极材料具有良好的结晶程度，同时在BiFeO3表面形成了大量的孔洞，从而提高了电池的实际容量，延长了电池的循环使用寿命；而没有经过退火处理和300℃以下真空退火处理的BiFeO3钠离子电池阳极材料，在电池的实际容量、电池的循环使用寿命等方面均相对较差，而在800℃以上真空退火处理的BiFeO3，则出现了Bi2O3杂相。因此，本发明中，真空退火的温度需要控制在400~700℃之间，最优选的退火温度为600℃，其中退火真空度也可根据仪器的性能做调整。
本发明中，磁控溅射工艺参数可以为常规的磁控溅射镀膜参数，当然其它制备薄膜的设备也可用于本发明，沉积厚度可以随机控制；基片不限于铜片，其它金属薄片或导电薄膜也可用于本发明，但退火条件可根据所用材料和基片性质进行调整；BiFeO3粉末不局限于用高温固相烧结法制备，用其它方法也可制备BiFeO3粉末。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (2)

1.一种BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将BiFeO3粉末压制成靶材；
2）将压制成的BiFeO3靶材装入磁控溅射腔体内；
3）将铜片作为基片，用稀盐酸清洗去除表面的氧化层后放入磁控溅射腔体内；
4）将磁控溅射腔体内抽真空后充入氩气，气压为1.0Pa，利用磁控溅射法以0.08 nm/s的沉积速率在基片上沉积厚度为300 nm的BiFeO3薄膜；
5）将沉积了BiFeO3薄膜的基片在真空度为8.5×10-4 Pa的条件下600℃退火1小时，冷却后得到BiFeO3钠离子电池阳极材料。
2.根据权利要求1所述的BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，BiFeO3粉末用高温固相烧结法制得。
CN201310114733.3A 2013-04-03 2013-04-03 BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法 Expired - Fee Related CN103215554B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310114733.3A CN103215554B (zh) 2013-04-03 2013-04-03 BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310114733.3A CN103215554B (zh) 2013-04-03 2013-04-03 BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103215554A CN103215554A (zh) 2013-07-24
CN103215554B true CN103215554B (zh) 2015-10-14

Family

ID=48813696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310114733.3A Expired - Fee Related CN103215554B (zh) 2013-04-03 2013-04-03 BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103215554B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114400304B (zh) * 2021-11-25 2023-12-05 成都新英能基科技有限公司 用于钠离子电池的负极浆料、应用及制备工艺
CN114824235B (zh) * 2022-06-06 2023-03-24 河南固锂电技术有限公司 一种多层钠离子电池正极材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Electrochemical properties of BiFeO3 thin films prepared by pulsed laser deposition;HUI XIA等;《Functional Materials Letters》;20091231;第2卷(第4期);摘要部分 *
多铁BiFeO3薄膜的制备及性能研究;饶伟;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20090515(第5期);第25-27，34-35,40 *
沉积温度对磁控溅射BiFeO3薄膜结构和性能的影响;赵庆勋等;《人工晶体学报》;20110831;第40卷(第4期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103215554A (zh) 2013-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. Implantable solid electrolyte interphase in lithium-metal batteries
Cheng et al. Dendrite‐Free Nanostructured Anode: Entrapment of Lithium in a 3D Fibrous Matrix for Ultra‐Stable Lithium–Sulfur Batteries
CN102769139B (zh) 一种高容量锂离子电池负极材料的制备方法
US9281516B2 (en) Cathode material of lithium ion secondary battery and method for manufacturing the same
US20170047585A1 (en) Composite Negative Electrode Material and Method for Preparing Composite Negative Electrode Material, Negative Electrode Plate of Lithium Ion Secondary Battery, and Lithium Ion Secondary Battery
Lin et al. Constructing a uniform lithium iodide layer for stabilizing lithium metal anode
CN108511712B (zh) 锂离子电子导电剂材料、制备方法、锂电池极片及锂电池
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
CN104934608A (zh) 一种石墨烯原位包覆锂离子电池正极材料的制备方法
CN107316989B (zh) 一种锡硫化物/硫/少层石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN103855389A (zh) 三氟化铁/碳复合材料及其制备方法和应用
KR101790555B1 (ko) 보론이 도핑된 실리콘 옥사이드계 음극활물질과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬이차전지
CN104966814A (zh) 一种高安全性的金属锂负极及其制备方法
CN102931404B (zh) 磷位硼掺杂磷酸锰锂/碳复合材料及其制备方法
CN111769288A (zh) 一种锂离子电池正极材料原位补锂的方法
CN103560280B (zh) 锂离子电池的化成方法
CN109004233B (zh) 一种负载层状双金属氢氧化物的金属锂负极复合铜箔集流体的制备方法及应用
CN103199240B (zh) γ-Fe2O3钠离子电池阳极材料的制备方法
CN103215554B (zh) BiFeO3钠离子电池阳极材料的制备方法
CN108539151B (zh) 二次电池用电极材料及二次电池
CN101478062A (zh) 锂离子电池用复合电解液及其制备方法和应用
CN103985860A (zh) 一种圆柱形锂离子电池及制造方法
CN110767878B (zh) 一种导电聚合物包覆硅基负极极片及其制备方法和应用
CN103022473B (zh) γ-Fe2O3锂离子电池阳极材料的制备方法
CN109560339B (zh) 一种预嵌阴离子方法及全电池

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20151014

Termination date: 20190403

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee