[发明专利]用于锂离子电池的硒化锂-三硒化二锑阴极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，涉及用于锂离子电池的阴极材料，具体涉及一种用于锂离子电池的硒化锂-三硒化二锑阴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

本发明的目的在于提供一种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具有正交结构的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)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。

本发明所提供的用于锂离子电池阴极材料的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)为薄膜形式，其薄膜材料的厚度为0.2-1μm。

本发明所提供的用于锂离子电池阴极材料的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)薄膜采用反应性脉冲激光沉积法制备。其包括：

(1)将锑粉和硒粉研磨混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，其中锑粉和硒粉的重量比为1比1至1比6，靶的表面50％至80％的面积覆盖高纯金属锂片。

(2)基片采用不锈钢片、铂片或镀金单晶硅片，基片温度为200-300℃，基片和靶的距离为25-50mm。

(3)由掺钕钇铝榴石激光器产生的1064nm基频经三倍频后获得355nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到上述靶上，在氩气气氛中在基片上沉积得到硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)薄膜。

薄膜的沉积时间由薄膜厚度要求确定，一般为0.2-1.0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。

进一步，本发明所提供的用于锂离子电池阴极材料的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)薄膜的反应性脉冲激光沉积法制备条件优选为：靶中锑粉和硒粉的重量比为1比2至1比4，靶的表面覆盖高纯金属锂片的面积为60％至70％。

本发明中，硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Cu₃Se₂)薄膜的晶体结构由电子透射显微镜确定，而无定形的Li₂Se组分的检测设备为等离子体诱导耦合(ICP)原子发射光谱及二次离子质谱(SIMS)。选区电子衍射图表明由本发明提供的方法制得的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃)薄膜里存在纳米大小的多晶正交结构的Sb₂Se₃，而原子发射光谱给出了薄膜中三种元素的比例，Li∶Sb∶Se＝0.76∶1.00∶1.88，说明薄膜中Li₂Se与Sb₂Se₃的比例大约是0.76∶1。二次离子质谱的测定表明，在基片上沉积的硒化锂-三硒化二锑纳米复合物(Li₂Se-Sb₂Se₃₂)薄膜中，Li、Sb、Se三种元素从薄膜的表面向内部的含量分布递减，基片中的元素含量递增。