[发明专利]一种纳米银颗粒分散LiFePO4薄膜锂离子电池正极制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种Ag/LiFePO₄薄膜制备方法，所制备的薄膜可作为正极材料应用于全固态薄膜锂离子电池，属于电化学技术领域。

背景技术

锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池，应用前景十分广阔。高能、轻量、超薄将是未来锂离子电池一个十分重要的发展方向。随着微电子技术的发展，电子器件对电流密度、比能量的要求不如以前那么苛刻，从而使得薄膜电池成为如智能卡、微型传感器和金属氧化物半导体(MOS)等一些微电子设备最有前景的电源。近年来，国际上已开展研究的微电池系列有：微型锌镍电池、微型锂电池、微型太阳电池、微型温差电池以及微型燃料电池，其中锂微电池由于其较高的比能量、良好的充放电循环效能、稳定的放电平台等优点，其中锂微电池具有工作电压高、循环寿命长、能量密度高、自放电小、安全性能好、无记忆效应、环境友好等优点已成为目前研究的热点。薄膜锂离子电池制备过程中，正极薄膜材料的制备是生产薄膜锂离子电池的关键技术之一。目前制备正极薄膜的方法有很多种，但大多成本较为昂贵。溶胶-凝胶法以其工艺设备简单、效率高、成本低且能在分子水平实施控制，受到了越来越广泛的重视和应用。

LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄等均可作为薄膜锂离子电池的阴极材料，但LiCoO₂价格高，有毒且难回收等缺点限制了其应用。LiNiO₂虽然价格较低且比容量较高，但制备较好电化学活性的电极薄膜比较困难。LiMn₂O₄毒性较小、比容量大且放电电压高，但容量衰减较快，高温性能较差。相比其他锂离子电池正极材料，具有橄榄石型结构的LiFePO₄具有无污染、比容量高、循环性能优良、放电电压稳定、安全性高等诸多优点，是目前最有潜力的正极材料之一。但是LiFePO₄电子和离子传导率差，不适宜大电流充放电。因此，还需要进一步提高LiFePO₄薄膜的高倍率放电等电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种将用于全固态薄膜锂离子电池用的极薄膜及其制造方法，通过加入导电性能良好的金属银，制备一种纳米银颗粒分散LiFePO₄薄膜。在薄膜LiFePO₄中加入金属银，一方面增强了颗粒的导电性，抑制了充放电过程中的极化现象；另一方面它还能为LiFePO₄提供电子隧道，以补偿Li+脱嵌过程中的电荷平衡，提高电池在高倍率下放电面积比容量和循环性能。

本发明的目的，是通过下述技术方案实现的：

一种正极薄膜材料的制备方法，其特征在于它按下述步骤进行：

(1)制备前驱体溶液：称取一定量的锂的化合物、亚铁的化合物，磷酸盐或磷酸并溶解于去离子水中将混合物搅拌均匀得A液；再称取一定量的去离子水，络合剂和硝酸银粉末，混合后不断搅拌，直到硝酸银和络合剂全部溶解，得B液，其中锂化合物的锂离子∶亚铁化合物的亚铁离子∶磷酸盐或磷酸的磷酸根∶硝酸银∶络合剂的摩尔比＝1.08∶1∶1∶0.01～0.2∶2；将A液和B液混合后继续搅拌，直到得到颜色稳定的前驱体溶胶，再将溶胶于室温下陈化待用；

(2)制备Ag/LiFePO₄薄膜：用匀胶机匀胶，每匀胶一次后进行一次预热分解处理，其中每次匀胶为：将溶液滴到基板上，以200～1000rpm运转5～20秒钟后，再2000～5000rpm运转15～50秒钟，每匀胶一次后进行一次预热分解处理，预热分解温度为260～400℃，时间为60～300秒钟；匀胶20～60次后，在H₂气氛中600～700℃退火30～60min，得到Ag/LiFePO₄薄膜。参见权利要求书

本发明的优点在于：

1.制备的Ag/LiFePO₄薄膜致密、均匀，薄膜的化学计量成分可控；

2.循环性能优良：纳米银颗粒分散在LiFePO₄薄膜中具有高度的分散性，这些纳米Ag颗粒在薄膜中形成了一个导电网络，从而增强了薄膜自身、薄膜与基底、薄膜与电解液之间的电接触，提高了材料的电子电导率，减小了电荷转移阻抗，提高电池在高倍率下放电面积比容量和循环性能；

3.制备过程简单，价格低廉。

附图说明