CN116732482A - 一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合多层镁离子电池正极材料的制备方法，方法包括：制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.0‑1.2，y1＝0.9‑1.1；制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.0‑1.2，y2＝0.9‑1.1；制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.0‑1.2，y3＝0.9‑1.1；制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.0‑1.2，y4＝0.9‑1.1；使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
Description
技术领域
本发明是关于镁离子电池技术领域，特别是关于一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法。
背景技术
镁离子电池具有能量密度高、成本低以及安全性能高的优点，是一种极具研究和开发价值的产品。电池正极是镁离子电池的一个重要组成部分。现有技术CN109860533A公开了一种复合型核壳结构的镁离子电池正极材料，该现有技术使用了喷雾干燥技术制备了具有核壳结构的镁离子电池正极材料。该现有技术的缺陷在于：第一、该现有技术采用喷雾干燥技术制备电池正极材料，而喷雾干燥技术对于环境的污染较大，并且一般而言，很难通过控制喷雾干燥工艺来完全控制粉体的粒径和形貌，而一旦粉体的粒径和形貌不达标，则将导致电池正极出现质量不合格的问题，因此在使用喷雾干燥技术制备电池正极材料之后，往往需要大量成本来对粉体的形貌进行抽检。第二、在该现有技术中，镁离子电池正极材料的壳层材料是不含Mg元素的氧化物，虽然该现有技术声称壳层材料能够提升电池的电性能，但是结合我司研究和基本技术原理来看，不含Mg元素的氧化物并不会对电池的电性能做出贡献，至少相比于真正的正极工作物质(例如硅酸铁镁)，不含Mg元素的氧化物对电池的电性能的贡献显然更差，因此在比容量方面，这类正极材料存在天然的劣势。第三，正极工作物质单一，无法真正发挥复合材料的优势。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种复合多层镁离子电池正极材料的制备方法，包括：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.0-1.2，y1＝0.9-1.1；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.0-1.2，y2＝0.9-1.1；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.0-1.2，y3＝0.9-1.1；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.0-1.2，y4＝0.9-1.1；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
在一优选的实施方式中，x4的数值大于x3的数值，x3的数值大于x2的数值，x2的数值大于x1的数值，y4的数值小于y3的数值，y3的数值小于y2的数值，y2的数值小于y1的数值。
在一优选的实施方式中，第一膜层的厚度为50-100微米。
在一优选的实施方式中，第二膜层的厚度为100-200微米，并且其中，第二膜层的厚度至少是第一膜层的厚度的2倍。
在一优选的实施方式中，第三膜层的厚度为200-400微米，并且其中，第三膜层的厚度至少是第二膜层的厚度的2倍。
在一优选的实施方式中，第四膜层的厚度为200-400微米。
在一优选的实施方式中，使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为200-300W，溅射电压为100-200V，溅射温度为100-200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
在一优选的实施方式中，使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为300-400W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
在一优选的实施方式中，使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为500-600W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为500-600W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
本发明提供了一种复合多层镁离子电池正极材料，复合多层镁离子电池正极材料由如前述的方法制备。
与现有技术相比，本发明具有如下优点，为了解决现有技术制备镁离子电池正极材料污染大、成本较高、产品质量不稳定、电池性能不高、正极工作物质单一的技术问题。本发明提出了一种复合多层镁离子电池正极材料及制备方法。本发明的方法污染较小、成本基本与现有技术持平、产品质量较为稳定、电池性能相比于现有技术存在较大进步。
附图说明
图1是本发明的实施例的方法流程图。
图2是本发明的实施例的结构示意图。
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。
图1是本发明的实施例的方法流程图。如图所示，本发明的方法包括如下步骤：
步骤1：制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.0-1.2，y1＝0.9-1.1；
步骤2：制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.0-1.2，y2＝0.9-1.1；
步骤3：制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.0-1.2，y3＝0.9-1.1；
步骤4：制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.0-1.2，y4＝0.9-1.1；
步骤5：使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
图2是本发明的实施例的结构示意图。
以下首先介绍第一-第四混合靶材的制备方法，以第一混合靶材为例，首先按照化学配比向化工原料企业定制Mgx1Mny1SiO4原料以及乙炔黑原料(乙炔黑的命名较为混乱，化工领域可能将乙炔黑称为炭黑、乙炔炭黑等，在本发明中，为了避免混乱，乙炔黑、炭黑以及乙炔炭黑均表示乙炔黑)。随后将Mgx1Mny1SiO4原料以及乙炔黑原料混合，其中，Mgx1Mny1SiO4原料重量百分数为85-95wt％(为了保证实验结果的可比较性，本发明中，Mgx1Mny1SiO4原料重量百分数均为90wt％)。混合后的Mgx1Mny1SiO4原料以及乙炔黑原料先经过球磨机的球磨混合，随后混合后的Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑的混合物进行冷等静压和真空热压。球磨工艺、冷等静压和真空热压均是我司成熟工艺，例如我司已经使用该工艺制备出了钠离子电池正极靶材(参见我司已授权专利CN114824235B，下文也将引用该专利的部分技术内容)。在制备第一混合靶材时，球磨工艺可以是：球磨机选用行星式球磨机，球磨机转速可以设定为500rpm，球磨时间8h，球料比30比1左右。真空热压工艺为：热压温度300摄氏度，热压时间4h，热压压力为30MPa，热压前抽真空至1*10-3Pa，热压过程中通入氩气保护气。需要本领域技术人员理解的是，此处热压的目的并非烧结靶材，其目的仅仅是将混合粉末压制成混合物靶材，换言之，热压的目的仅为了成型，而非要通过烧结反应形成新的物相。能够通过炭黑靶材，借助磁控溅射生成炭膜，例如谷守旭等人的、名为《碳靶电流对磁控溅射GLC/Ti薄膜结构及摩擦学性能的影响》的学术论文可以对该观点予以佐证。
制备第二混合靶材的工艺与制备第一混合靶材的工艺类似，同样为了保证实验结果的可比较性，本发明中，Mgx2Coy2SiO4原料重量百分数为90wt％，乙炔黑重量百分数为10wt％。
制备第三混合靶材的工艺与制备第一混合靶材的工艺类似，同样为了保证实验结果的可比较性，本发明中，Mgx3Niy3SiO4原料重量百分数为90wt％，乙炔黑重量百分数为10wt％。
制备第三混合靶材的工艺与制备第一混合靶材的工艺类似，同样为了保证实验结果的可比较性，本发明中，Mgx2Gay2SiO4原料重量百分数为90wt％，乙炔黑重量百分数为10wt％。
以下以实施例和对比例的方式介绍本申请的具体示例。本申请的测试包括在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量，首次循环放电比容量以及500次循环后容量保留率。
实施例1
由如下方法制备镁离子电池正极材料：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.02，y1＝1.05；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.05，y2＝1.0；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.08，y3＝0.95；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.1，y4＝0.9；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
第一膜层的厚度为50微米。第二膜层的厚度为100微米。第三膜层的厚度为200微米。第四膜层的厚度为200微米。
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为200W，溅射电压为100V，溅射温度为100℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30sccm。
使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为300W，溅射电压为150V，溅射温度为200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30sccm。
使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为500W，溅射电压为150V，溅射温度为200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为500W，溅射电压为150V，溅射温度为200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30sccm。使用实施例1制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为263mAh/g，首次循环放电比容量为248mAh/g以及500次循环后容量保留率在93％以上。相比于CN109860533A制造的镁离子电池正极材料，实施例1的镁离子电池正极材料的各项电池性能显然有显著提高。
实施例2
由如下方法制备镁离子电池正极材料：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.08，y1＝1.1；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.10，y2＝1.08；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.15，y3＝1.05；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.2，y4＝1.0；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
第一膜层的厚度为100微米。第二膜层的厚度为200微米。第三膜层的厚度为400微米。第四膜层的厚度为400微米。
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为300W，溅射电压为200V，溅射温度为200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。
使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为400W，溅射电压为200V，溅射温度为250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。
使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为600W，溅射电压为200V，溅射温度为250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为600W，溅射电压为200V，溅射温度为250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。使用实施例2制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为267mAh/g，首次循环放电比容量为253mAh/g以及500次循环后容量保留率在93％以上。
实施例3
由如下方法制备镁离子电池正极材料：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.06，y1＝1.05；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.09，y2＝1.02；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.12，y3＝0.98；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.15，y4＝0.93；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
第一膜层的厚度为70微米。第二膜层的厚度为150微米。第三膜层的厚度为300微米。第四膜层的厚度为300微米。
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为250W，溅射电压为150V，溅射温度为150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm。
使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为350W，溅射电压为180V，溅射温度为220℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm。
使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为550W，溅射电压为180V，溅射温度为220℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为550W，溅射电压为180V，溅射温度为220℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm。使用实施例3制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为261mAh/g，首次循环放电比容量为251mAh/g以及500次循环后容量保留率在93％以上。
实施例4
由如下方法制备镁离子电池正极材料：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.07，y1＝1.08；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.1，y2＝1.04；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.15，y3＝1.0；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.18，y4＝0.95；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
第一膜层的厚度为80微米。第二膜层的厚度为170微米。第三膜层的厚度为350微米。第四膜层的厚度为350微米。
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为280W，溅射电压为150V，溅射温度为150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm。
使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为380W，溅射电压为190V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。
使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为580W，溅射电压为180V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为580W，溅射电压为180V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。使用实施例4制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为260mAh/g，首次循环放电比容量为248mAh/g以及500次循环后容量保留率在93％以上。
对比例1
为了证明本发明膜层结构的优势，设计了对比例1。在对比例1中，制备第一混合靶材改为由Mgx1Vy1SiO4以及乙炔黑组成，其中，x1＝1.02，y1＝1.05。第一膜层仍由第一混合靶材溅射而成，溅射工艺同实施例1，第一膜层厚度同实施例1。其余层结构、厚度、工艺等同实施例1。使用对比例1制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为170mAh/g，首次循环放电比容量为151mAh/g以及500次循环后容量保留率在67％以上。对比例1电池性能下降的原因在于：Mgx1Vy1SiO4与铝箔之间难以形成稳定且较为平整的界面，这导致复合膜层整体质量低，内部缺陷较多，从而导致电池电性能下降。事实上，通过我司的大量研究，最合适作为与铝箔直接接触的复合层就是Mgx1Mny1SiO4。
对比例2
为了验证多种不同硅酸化合物组成的复合膜层的优势，设计了对比例2。在对比例2中，只在铝箔上溅射一个膜层，该膜层的混合靶材为由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的靶材，其中，x1＝1.02，y1＝1.05。该膜层厚度为550微米。溅射工艺：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射该膜层，溅射功率为200W，溅射电压为100V，溅射温度为100℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30sccm。使用对比例2制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为227mAh/g，首次循环放电比容量为217mAh/g以及500次循环后容量保留率在80％以上。对比例2电池性能下降的原因在于：单一膜层的电池正极材料实际上与CN109860533A提出的单一组分的电池正极材料类似，只不过制备方法不同，而对比例2甚至性能略差于CN109860533A的多个实施例可能是因为使用磁控溅射制备Mgx1Mny1SiO4厚膜难度较大(有些材料成膜容易，这种材料容易制造厚膜，相反，有些材料成膜困难，这种材料不容易制造厚膜)。
对比例3
为了验证成分梯度的必要性，设计了对比例3。在对比例3中，制备方法包括：制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.02，y1＝1.05；制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.02，y2＝1.05；制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.02，y3＝1.05；制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.02，y4＝1.05。其余步骤、工艺、膜厚度、参数同实施例1。使用对比例3制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为240mAh/g，首次循环放电比容量为232mAh/g以及500次循环后容量保留率在93％以上。对比例3的电池性能低于实施例1-4的可能原因在于：实施例1-4中四个膜层的Mg含量和过渡金属含量(也即Mn、Co、Ni、Ga，当然Ga属于主族元素，但是为了表述方便，本发明将Mn、Co、Ni、Ga都称为过渡金属)含量存在梯度，这使得四个膜层中过渡金属和Mg元素的外层电子的电子云交叠程度也存在梯度变化，这种电子云交叠程度的梯度变化可能影响电池性能。以上解释只是我司研究人员根据现象推测的机理，实际机理可能与我方推测的不同。
对比例4
为了证明膜层厚度设计的必要性。设计了对比例4，在对比例4中，第一膜层的厚度为70微米。第二膜层的厚度为100微米。第三膜层的厚度为100微米。第四膜层的厚度为500微米。其余步骤、工艺、膜厚度、参数同实施例1。使用对比例4制备的电池正极材料，采用公知的方法装配纽扣电池并进行测试。在1.0-3.0V电压窗口，0.1C倍率下，首次循环充电比容量为227mAh/g，首次循环放电比容量为217mAh/g以及500次循环后容量保留率在86％以上。对比例4的电池性能低于实施例1-4的可能原因在于：第二膜层和第三膜层的厚度如果足够大，则第二膜层和第三膜层本身可以起到缓冲膜层间应力的问题，这样成品的内部残余应力可以降低，而膜层内部的残余应力类似于一种缺陷，所以降低成品的内部残余应力可以起到提升膜层性能的效果。以上解释只是我司研究人员根据现象推测的机理，实际机理可能与我方推测的不同。
对比例5
为了证明溅射工艺的必要性。设计了对比例5，在对比例5中，使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为400W，溅射电压为300V，溅射温度为150℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为40sccm。使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为500W，溅射电压为300V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。使用对比例5制备的电池正极材料膜层存在肉眼可见的裂纹，由于电池正极材料膜层碎裂，故无法进行电池性能测试。
对比例6
为了证明溅射工艺的必要性。设计了对比例6，在对比例6中，使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为650W，溅射电压为300V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm；使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为650W，溅射电压为300V，溅射温度为240℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为50sccm。使用对比例6制备的电池正极材料膜层存在肉眼可见的裂纹，由于电池正极材料膜层碎裂，故无法进行电池性能测试。
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 (10)
1.一种复合多层镁离子电池正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
制备由Mgx1Mny1SiO4以及乙炔黑组成的第一混合靶材，其中，x1＝1.0-1.2，y1＝0.9-1.1；
制备由Mgx2Coy2SiO4以及乙炔黑组成的第二混合靶材，其中，x2＝1.0-1.2，y2＝0.9-1.1；
制备由Mgx3Niy3SiO4以及乙炔黑组成的第三混合靶材，其中，x3＝1.0-1.2，y3＝0.9-1.1；
制备由Mgx4Gay4SiO4以及乙炔黑组成的第四混合靶材，其中，x4＝1.0-1.2，y4＝0.9-1.1；
使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层，随后使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层，随后使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层，随后使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层。
2.如权利要求1所述的制备方法，其中，x4的数值大于x3的数值，x3的数值大于x2的数值，x2的数值大于x1的数值，y4的数值小于y3的数值，y3的数值小于y2的数值，y2的数值小于y1的数值。
3.如权利要求2所述的制备方法，其中，所述第一膜层的厚度为50-100微米。
4.如权利要求3所述的制备方法，其中，所述第二膜层的厚度为100-200微米，并且其中，所述第二膜层的厚度至少是所述第一膜层的厚度的2倍。
5.如权利要求4所述的制备方法，其中，所述第三膜层的厚度为200-400微米，并且其中，所述第三膜层的厚度至少是所述第二膜层的厚度的2倍。
6.如权利要求5所述的制备方法，其中，所述第四膜层的厚度为200-400微米。
7.如权利要求6所述的制备方法，使用第一混合靶材在铝箔上磁控溅射第一膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在铝箔上磁控溅射第一膜层，溅射功率为200-300W，溅射电压为100-200V，溅射温度为100-200℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
8.如权利要求6所述的制备方法，使用第二混合靶材在第一膜层上磁控溅射第二膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第一膜层上磁控溅射第二膜层，溅射功率为300-400W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
9.如权利要求6所述的制备方法，使用第三混合靶材在第二膜层上磁控溅射第三膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第二膜层上磁控溅射第三膜层，溅射功率为500-600W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm；
使用第四混合靶材在第三膜层上磁控溅射第四膜层的具体工艺为：
使用交流溅射工艺在第三膜层上磁控溅射第四膜层，溅射功率为500-600W，溅射电压为150-200V，溅射温度为200-250℃，溅射气氛为氩气气氛，氩气流量为30-50sccm。
10.一种复合多层镁离子电池正极材料，其特征在于，所述复合多层镁离子电池正极材料是由如权利要求1-9之一所述的方法制备的。
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| GR01 | Patent grant | ||
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