CN108110247B - 一种锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池氟化锂‑三氧化二钴阴极材料及制备方法，包括氟化锂和三氧化二钴，所述的氟化锂和三氧化二钴摩尔比为1:1‑5:1，通过将氟化锂与三氧化二钴材料研磨按比例混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，激光器产生的脉冲激光波经透镜聚焦后入射至所述靶上，在氩气气氛中沉积得到氟化锂‑三氧化二钴纳米复合物薄膜。该薄膜制成的电极具有良好的充放电循环可逆性，首次比容量为200‑300mAh/g，可逆比容量为250mAh/g，电极经50次循环后容量仍有200mAh/g。本发明的阴极材料化学稳定性好、比容量高、制备方法简单，适用于锂离子电池。

Description

一种锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料及制备方法
技术领域
本发明属于电化学中锂电池技术领域，涉及用于锂离子电池的阴极材料，尤其为一种锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料及制备方法。
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阳极材料、有机液体电解质和含锂的过渡金属氧化物阴极材料所组成。为了进一步提高锂离子电池的性能，人们正在研究、寻找比目前使用的电极材料性能更好的新型材料。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电池，例如薄膜锂离子电池等。
发明内容
本发明针对现有技术提供性能良好的锂离子电池的阴极材料及其制备方法，本发明所提供的用于锂离子电池的阴极材料是一种氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)材料，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阴极材料。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料，包括氟化锂和三氧化二钴，通过氟化锂与三氧化二钴材料研磨混合，利用脉冲激光沉积得到氟化锂-三氧化二钴复合物薄膜材料，所述的氟化锂和三氧化二钴摩尔比为1:1～5:1。
优选的，所述的氟化锂和三氧化二钴摩尔比为3:1。
本发明所提供的用于锂离子电池阴极材料的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料为薄膜形式，其薄膜材料的厚度为0.1-2μm。
本发明所提供的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜可直接制成锂离子电池薄膜电极。
本发明还提供了所述纳米氟化锂-三氧化二钴阴极材料复合物的制备方法，具体通过以下步骤完成：将氟化锂与三氧化二钴材料研磨按比例混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，激光器产生的脉冲激光波经透镜聚焦后入射至所述靶上，基片和靶的距离为40-60mm，在氩气气氛中沉积得到氟化锂-三氧化二钴纳米复合物薄膜。
进一步，所述的基片采用不锈钢片、铂片或镀金单晶硅片。
进一步，所述的基片温度为200-300℃，优选的，所述的基片温度为200℃。
进一步，所述的基片和靶的距离为50mm。
进一步，所述的激光器产生的脉冲激光波为波长248nm。
进一步，薄膜的沉积时间由薄膜厚度要求确定，一般为0.2-1小时。薄膜厚度可由扫描电镜测定，薄膜的重量根据电子天平称量前后基片重量差得到。
本发明中氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜的晶体结构由电子透射显微镜确定。
所述氟化锂-三氧化二钴阴极材料在制备锂电池中的应用也在本发明的保护范围内。
本发明的有益效果：
本发明中，由脉冲激光沉积法在不锈钢片等基片上制得的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜电极均具有充放电性能，在电压范围1.5-4.2V和电流密度2uA/cm2时，氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜电极的比容量在100次循环内保持在150-200mAh/g。因此，本发明氟化锂-三氧化二钴纳米复合物是一类新型的阴极材料，在应用于锂离子电池中具有广泛前景。
附图说明
图1是氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜的选区电子衍射(SAED)图像。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用反应性脉冲激光沉积法制备本发明所述的用于锂离子电池阴极材料的氟化锂一三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜：将氟化锂和三氧化二钴按摩尔比3比1研磨混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，不锈钢基片和靶的距离为50mm，基片温度为200℃，由激光器产生248nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上，在氩气气氛中在基片上沉积20分钟，即可得到本发明所述的氟化锂-三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜。
电子透射显微镜测定上述实施例制得的氟化锂-三氧化钴纳米复合物(LiF-NiO)材料，结果如图1所示，选区电子衍射图表明由本发明提供的方法制得的氟化锂-三氧化钴纳米复合物(LiF-NiO)材料薄膜。
对不锈钢基片上的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极的电化学性能测试，采用由三电极组成的电池系统，其中，氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)材料薄膜用作工作电极，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)。电池装配在充氩气的干燥箱内进行电池的充放电实验在蓝电(Land)电池测试系统上进行，结果如下：
氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极可在2uA/cm2充放电速率下进行充放电循环。在电压范围1.5-4.2V内，可逆容量为200-250mAh/g，循环50次容量保持在200mAh/g以上。
实施例2
采用反应性脉冲激光沉积法制备本发明所述的用于锂离子电池阴极材料的氟化锂一三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜：将氟化锂和三氧化二钴按摩尔比1比1研磨混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，铂片基片和靶的距离为40mm，基片温度为300℃，由激光器产生248nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上，在氩气气氛中在基片上沉积20分钟，即可得到本发明所述的氟化锂一三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜。
对不锈钢基片上的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极的电化学性能测试，采用由三电极组成的电池系统，其中，氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)材料薄膜用作工作电极，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)。电池装配在充氩气的干燥箱内进行电池的充放电实验在蓝电(Land)电池测试系统上进行，结果如下：
氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极可在2uA/cm2充放电速率下进行充放电循环。在电压范围1.5-4.2V内，可逆容量为180-230mAh/g，循环50次容量保持在190mAh/g以上。
实施例3
采用反应性脉冲激光沉积法制备本发明所述的用于锂离子电池阴极材料的氟化锂一三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜：将氟化锂和三氧化二钴按摩尔比5比1研磨混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，镀金单晶硅片基片和靶的距离为60mm，基片温度为300℃，由激光器产生248nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到靶上，在氩气气氛中在基片上沉积20分钟，即可得到本发明所述的氟化锂-三氧化钴纳米复合物((LiF-Co2O3)薄膜。
对不锈钢基片上的氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极的电化学性能测试，采用由三电极组成的电池系统，其中，氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)材料薄膜用作工作电极，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)。电池装配在充氩气的干燥箱内进行电池的充放电实验在蓝电(Land)电池测试系统上进行，结果如下：
氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-Co2O3)薄膜电极可在2uA/cm2充放电速率下进行充放电循环。在电压范围1.5-4.2V内，可逆容量为150-200mAh/g，循环50次容量保持在160mAh/g以上。
实施例4对比例
氟化锂和一氧化镍按摩尔比3:1球磨48小时也可以制得这种电极材料，并对其进行电化学性能测试，和以上方案具有相同的充放电曲线，但是性能比以上的要差。结果如下
氟化锂-三氧化二钴纳米复合物(LiF-NiO)电极可在2uA/cm2充放电速率下进行充放电循环。在电压范围1.5-4.2V内，可逆容量为180-230mAh/g，循环50次容量保持在180mAh/g以上。
综上所述，本发明氟化锂-三氧化二钴纳米复合物材料薄膜具有良好的电化学性能，可作为高性能锂离子电池的阴极材料使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料，其特征在于，包括氟化锂和三氧化二钴，通过氟化锂与三氧化二钴材料研磨混合，利用脉冲激光沉积得到氟化锂-三氧化二钴复合物薄膜材料，所述的氟化锂和三氧化二钴摩尔比为3:1；
所述的氟化锂-三氧化二钴阴极材料为薄膜形式，其薄膜材料的厚度为0.1-2μm。
2.权利要求1所述的锂电池氟化锂-三氧化二钴阴极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将氟化锂与三氧化二钴材料研磨按比例混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，激光器产生的脉冲激光波经透镜聚焦后入射至所述靶上，基片和靶的距离为40-60mm，在氩气气氛中沉积得到氟化锂-三氧化二钴纳米复合物薄膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的基片采用不锈钢片、铂片或镀金单晶硅片。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的基片温度为200-300℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的基片和靶的距离为50mm。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的激光器产生的脉冲激光波为波长248nm。
7.权利要求1所述氟化锂-三氧化二钴阴极材料在制备锂电池中的应用。
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