CN110137428B - 用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明提供了一种用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，包括如下步骤：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为10‑12nm；在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为12‑15nm；在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为10‑12nm；在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为10‑12nm；在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为10‑12nm；在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为7‑9nm；在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为7‑9nm；以及在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜。

Description

用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺
技术领域
本发明是关于新能源技术领域，特别是关于一种用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺。
背景技术
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流。
全固态锂电池分为聚合物全固态锂电池和无机全固态锂电池。对于全固态锂电池的研究制造，锂电池厂家也极力追求轻薄的新型质轻薄的锂电池。全固态锂电池主要包括正极、固态电解质以及负极三部分，较于具有正极、负极、电解液及薄膜的液态锂离子电池，全固态锂离子电池在构造上更加的简化。
现有技术CN202817039U公开了一种锂电池的电池芯，包含一芯棒、一第一隔离膜、一第二隔离膜、一正极膜、一负极膜及一外包膜。该第一隔离膜包括一第一初始反折段、一第一中间段及一第一结束段，该第二隔离膜包括一第二初始反折段、一第二中间段及一第二结束段，其中，该第一初始反折段与该第二初始反折段被夹置定位在该芯棒外，该正极膜、该第一中间段、该负极膜、该第二中间段依序叠置卷绕在该芯棒外，该第一结束段与该第二结束段结束卷绕，该外包膜包覆在该第二结束段外并包括一热封部。
现有技术CN109461880A公开了一种负极极片及电池，所述负极极片包括负极集流体以及设置在负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片，所述负极膜片满足：6.0≤PD×Dv50≤32.0以及0.2≤PD/Dn10≤12.0。
现有技术CN108807974A公开了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括正极极片、负极极片、隔离膜以及电解液，所述正极极片包括正极集流体以及设置于正极集流体至少一个表面上且包括正极活性材料的正极膜片层，所述负极极片包括负极集流体以及设置于负极集流体至少一个表面上且包括负极活性材料的负极膜片层。所述正极活性材料包括化学式为LiaNixCoyMzO2的材料，所述负极活性材料包括石墨类碳材料，且所述电池满足58％≤KYa/(KYa+KYc)×100％≤72％。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其能够克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，该用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为10-12nm；在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为12-15nm；在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为10-12nm；在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为10-12nm；在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为10-12nm；在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为7-9nm；在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为7-9nm；以及在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为7-9nm。
在一优选的实施方式中，在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为100-200W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氮气，氮气流量为30-50sccm，基片温度为300-400℃。
在一优选的实施方式中，在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为150-250W，溅射电压为70-120V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30-50sccm，基片温度为300-400℃。
在一优选的实施方式中，在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为50-100W，溅射电压为60-80V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
在一优选的实施方式中，在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为100-150W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
在一优选的实施方式中，在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为100-150W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
在一优选的实施方式中，在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为120-150W，溅射电压为40-60V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40-60sccm，基片温度为300-400℃。
在一优选的实施方式中，在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为70-120W，溅射电压为60-80V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为300-400℃。
在一优选的实施方式中，在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为60-90W，溅射电压为60-90V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30-50sccm，基片温度为200-300℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：随着国家不断重视新能源材料，锂电池越来越广泛的受到人们的关注。目前锂电池的电池容量以及充放电循环特性很大程度上受到负极材料的影响，尤其对于全固态锂电池来说，负极材料的性能直接制约了材料性能的进一步提高。目前有很多利用磁控溅射法制备负极膜的现有技术，这些现有技术中提及的负极膜有的具有较高的电池容量，但是往往这种材料充放电循环特性较差，有的负极膜具有较好的循环特性，经过多个循环之后电池仍然能够保持高的电池容量，但是这种负极膜往往容量较低，如何兼顾两种性能是目前的难题。本申请提供了一种高电池容量的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜，本申请的复合膜层兼顾了高电池容量和优异的充电循环特性的特点，为解决全固态锂离子电池中遇到的问题提出了一种新的思路。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺流程图。
图2是根据本发明一实施方式的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的结构示意图。
图3是根据本发明一实施方式的第一Li4Ti5O12薄膜表面的透射电镜(TEM)形貌。
图4是根据本发明一实施方式的第二Li4Ti5O12薄膜表面的高分辨透射电镜(TEM)照片。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，本发明优选实施方式的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：
步骤101：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为10-12nm；
步骤102：在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为12-15nm；
步骤103：在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为10-12nm；
步骤104：在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为10-12nm；
步骤105：在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为10-12nm；
步骤106：在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为7-9nm；
步骤107：在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为7-9nm；以及
步骤108：在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为7-9nm。
图2是根据本发明一实施方式的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的结构示意图。如图所示，本发明的超薄锂负极膜自下而上依次包括：基片201、Cu3N薄膜202、第一TiO2薄膜203、Zn3N4薄膜204、第一Li4Ti5O12薄膜205、第二TiO2薄膜206、Fe3N薄膜207、Al2O3薄膜208、第二Li4Ti5O12薄膜209。
图3是根据本发明一实施方式的第一Li4Ti5O12薄膜表面的透射电镜(TEM)形貌。也即仅进行前述步骤101-104，然后直接对于“半成品”拍摄照片。图4是根据本发明一实施方式的第二Li4Ti5O12薄膜表面的高分辨透射电镜(TEM)照片。
实施例1
用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为10nm；在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为12nm；在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为10nm；在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为10nm；在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为10nm；在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为7nm；在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为7nm；在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为7nm。在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为100W，溅射电压为50V，溅射气氛为氮气，氮气流量为30sccm，基片温度为300℃。在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为150W，溅射电压为70V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30sccm，基片温度为300℃。在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为50W，溅射电压为60V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40sccm，基片温度为200℃。在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为100W，溅射电压为50V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40sccm，基片温度为200℃。在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为100W，溅射电压为50V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40sccm，基片温度为200℃。在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为120W，溅射电压为40V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40sccm，基片温度为300℃。在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为70W，溅射电压为60V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40sccm，基片温度为300℃。在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为60W，溅射电压为60V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30sccm，基片温度为200℃。
实施例2
用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为12nm；在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为15nm；在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为12nm；在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为12nm；在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为12nm；在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为9nm；在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为9nm；在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为9nm。在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为200W，溅射电压为100V，溅射气氛为氮气，氮气流量为50sccm，基片温度为400℃。在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为250W，溅射电压为120V，溅射气氛为氩气，氩气流量为50sccm，基片温度为400℃。在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为100W，溅射电压为80V，溅射气氛为氮气，氮气流量为60sccm，基片温度为300℃。在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为150W，溅射电压为100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为60sccm，基片温度为300℃。在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为150W，溅射电压为100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为460sccm，基片温度为300℃。在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为150W，溅射电压为60V，溅射气氛为氮气，氮气流量为60sccm，基片温度为400℃。在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为120W，溅射电压为80V，溅射气氛为氩气，氩气流量为60sccm，基片温度为400℃。在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为90W，溅射电压为90V，溅射气氛为氩气，氩气流量为50sccm，基片温度为300℃。
实施例3
用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中Cu3N薄膜的厚度为11nm；在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中第一TiO2薄膜的厚度为13nm；在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中Zn3N4薄膜的厚度为11nm；在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为11nm；在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中第二TiO2薄膜的厚度为11nm；在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中Fe3N薄膜的厚度为8nm；在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中Al2O3薄膜的厚度为8nm；在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为8nm。在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为150W，溅射电压为70V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40sccm，基片温度为350℃。在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为200W，溅射电压为100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40sccm，基片温度为350℃。在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为70W，溅射电压为70V，溅射气氛为氮气，氮气流量为50sccm，基片温度为250℃。在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为120W，溅射电压为70V，溅射气氛为氩气，氩气流量为50sccm，基片温度为250℃。在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为120W，溅射电压为70V，溅射气氛为氩气，氩气流量为50sccm，基片温度为250℃。在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为130W，溅射电压为50V，溅射气氛为氮气，氮气流量为50sccm，基片温度为350℃。在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为100W，溅射电压为70V，溅射气氛为氩气，氩气流量为50sccm，基片温度为350℃。在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为70W，溅射电压为70V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40sccm，基片温度为250℃。
比较例1
不同于实时例1之处在于：锂负极膜自下而上依次包括：基片201、Cu3N薄膜202、第一TiO2薄膜203、Zn3N4薄膜204、第一Li4Ti5O12薄膜205、第二TiO2薄膜206、第二Li4Ti5O12薄膜209。
比较例2
不同于实时例1之处在于：锂负极膜自下而上依次包括：基片201、Cu3N薄膜202、第一Li4Ti5O12薄膜205、第二TiO2薄膜206、Fe3N薄膜207、Al2O3薄膜208、第二Li4Ti5O12薄膜209。
比较例3
不同于实时例1之处在于：锂负极膜自下而上依次包括：基片201、Cu3N薄膜202、第一TiO2薄膜203、Zn3N4薄膜204、Fe3N薄膜207、Al2O3薄膜208、第二Li4Ti5O12薄膜209。
比较例4
不同于实时例1之处在于：第一TiO2薄膜的厚度为20nm。
比较例5
不同于实时例1之处在于：第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为20nm。
比较例6
不同于实时例1之处在于：第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为20nm。
比较例7
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为80W，溅射电压为40V，溅射气氛为氮气，氮气流量为20sccm，基片温度为250℃。
比较例8
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为100W，溅射电压为50V，溅射气氛为氩气，氩气流量为20sccm，基片温度为250℃。
比较例9
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为150W，溅射电压为100V，溅射气氛为氮气，氮气流量为80sccm，基片温度为400℃。
比较例10
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为200W，溅射电压为150V，溅射气氛为氩气，氩气流量为100sccm，基片温度为400℃。
比较例11
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为80W，溅射电压为40V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30sccm，基片温度为100℃。
比较例12
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为100W，溅射电压为100V，溅射气氛为氮气，氮气流量为30sccm，基片温度为250℃。
比较例13
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为150W，溅射电压为100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为70sccm，基片温度为200℃。
比较例14
不同于实时例1之处在于：利用射频磁控溅射在Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为100W，溅射电压为100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为60sccm，基片温度为400℃。
比较例15
现有技术《固态化薄膜锂电池及相关材料的制备与性能研究》(电子科技大学博士学位论文，作者俞兆喆)第6章提供的薄膜锂电池。
利用实施例1-3以及比较例1-14所制备的负极材料形成全固态锂电池，全固态锂电池结构是现有技术，本发明采用《固态化薄膜锂电池及相关材料的制备与性能研究》(电子科技大学博士学位论文，作者俞兆喆)给出的结构，也即在不锈钢基片上首先镀敷锰酸锂，然后镀敷锂磷氧氮，随后依次按照自下而上的顺序镀敷本发明提供的负极薄膜(也即按照Cu3N薄膜202、第一TiO2薄膜203、Zn3N4薄膜204、第一Li4Ti5O12薄膜205、第二TiO2薄膜206、Fe3N薄膜207、Al2O3薄膜208、第二Li4Ti5O12薄膜209的顺序镀敷)，最后镀敷Ag层。随后按照上述论文提供的方法在1C的电流密度下测试首次放电比容量以及100次循环之后的放电比容量(单位均为mAh/g)，将上述两个数值相除得到放电比容量剩余率。
表1
Figure GDA0003304028430000141
Figure GDA0003304028430000151
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：所述用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺包括如下步骤：
在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜，其中所述Cu3N薄膜的厚度为10-12nm；
在所述Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，其中所述第一TiO2薄膜的厚度为12-15nm；
在所述第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，其中所述Zn3N4薄膜的厚度为10-12nm；
在所述Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，其中所述第一Li4Ti5O12薄膜的厚度为10-12nm；
在所述第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，其中所述第二TiO2薄膜的厚度为10-12nm；
在所述第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，其中所述Fe3N薄膜的厚度为7-9nm；
在所述Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，其中所述Al2O3薄膜的厚度为7-9nm；以及
在所述Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，其中第二Li4Ti5O12薄膜的厚度为7-9nm。
2.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在基片上通过磁控溅射方法沉积Cu3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在基片上沉积Cu3N薄膜，溅射靶材为金属Cu靶，溅射功率为100-200W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氮气，氮气流量为30-50sccm，基片温度为300-400℃。
3.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述Cu3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为150-250W，溅射电压为70-120V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30-50sccm，基片温度为300-400℃。
4.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述第一TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Zn3N4薄膜，溅射靶材为金属Zn靶，溅射功率为50-100W，溅射电压为60-80V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
5.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述Zn3N4薄膜上通过磁控溅射方法沉积第一Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为100-150W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
6.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述第一Li4Ti5O12薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二TiO2薄膜，溅射靶材为TiO2靶材，溅射功率为100-150W，溅射电压为50-100V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为200-300℃。
7.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述第二TiO2薄膜上通过磁控溅射方法沉积Fe3N薄膜，溅射靶材为金属Fe靶，溅射功率为120-150W，溅射电压为40-60V，溅射气氛为氮气，氮气流量为40-60sccm，基片温度为300-400℃。
8.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述Fe3N薄膜上通过磁控溅射方法沉积Al2O3薄膜，溅射靶材为Al2O3靶材，溅射功率为70-120W，溅射电压为60-80V，溅射气氛为氩气，氩气流量为40-60sccm，基片温度为300-400℃。
9.如权利要求1所述的用于全固态锂离子电池的超薄锂负极膜的制备工艺，其特征在于：在所述Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜的具体工艺为：利用射频磁控溅射在所述Al2O3薄膜上通过磁控溅射方法沉积第二Li4Ti5O12薄膜，溅射靶材为Li4Ti5O12陶瓷靶，溅射功率为60-90W，溅射电压为60-90V，溅射气氛为氩气，氩气流量为30-50sccm，基片温度为200-300℃。
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