[发明专利]锂离子电池正极组合材料芯片及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学实验技术领域，尤其涉及一种用以实现聚阴离子型锂离子电池正极材料高通量研究的组合材料芯片及制备方法。

背景技术

近年来，电动车产业、新能源储能产业等新兴产业的快速发展，一方面为锂离子电池产业带来了新一轮的增长契机，另一方面也对锂离子电池技术的安全性、长期可靠性等提出了更高的要求。层状结构的LiCoO₂和Li(Ni_1-x-yCo_xMn_y)O₂、尖晶石结构的LiMn₂O₄等正极材料体系在安全性和长期可靠性方面均存在难以克服的本征缺陷。聚阴离子型锂离子电池材料由于具有稳定性突出的聚阴离子框架结构，其材料稳定性极高，因而与LiCoO₂、LiMn₂O₄等其他正极材料体系相比，在安全性和长期可靠性方面具有显著优势，相关资料可参照现有技术[CathodeMaterialsforNextGenerationLithiumIonBatteries,J.Xu,S.Dou,H.Liu,L.Dai,NanoEnergy2,439(2013).]。

目前聚阴离子型正极材料存在的主要问题是工作电压和电子/离子导通率较低，这些缺点均可通过材料纳米化、掺杂等材料改性手段将现有技术[Polyanionic(Phosohates,Silicate,Sulfates)FrameworksasElectrodeMaterialsforRechargeableLi(orNa)Batteries,C.Masquelier,L.Croguennec,Chem.Rev.113,6552(2013).]的难题予以克服。然而，目前聚阴离子型锂离子电池正极材料的研发进展较为缓慢，制约该材料体系的研发取得突破性进展的主要矛盾是聚阴离子型锂离子电池正极材料体系的复杂性和目前材料科学中主要依赖的“试错法”研究效率低下之间的矛盾。

近20年来材料科学领域逐渐发展出一种先进的材料科学研究方法—高通量组合材料实验技术，该方法的核心是通过提高单次实验的通量提升先进材料的研发效率[“ACombinatorialApproachtoMaterialsDiscovery”X.-D.Xiang,XiaodongSun,GabrielBriceno,YulinLou,Kai-AnWang,HauyeeChang,WilliamGregoryWallace-Freedman,Sung-WeiChen,PeterG.Schultz,Science268,1738(1995)；CombinatorialApproachesasEffectiveToolsintheStudyofPhaseDiagramsandComposition-structure-propertyRelationships,Ji-ChengZhao,Prog.Mater.Sci.51,557(2006).]。若能将高通量组合材料实验技术有效地应用聚阴离子型锂离子电池正极材料体系研发，则可能调和其研发活动中的主要矛盾，在短期内取得突破性进展。欲针对某一材料体系开展高通量组合材料研究时，首先应当制备在较小面积的基片内覆盖了广泛材料空间参数的组合材料样品。目前，聚阴离子型锂离子电池正极材料研究领域尚无相关的高通量制备技术能够为其高通量研究提供样品基础。

发明内容

本发明提供了一种锂离子电池正极组合材料芯片，其中，包括：

基板，在所述基板上均匀设置若干样品，所述样品的材料为聚阴离子型锂离子电池正极材料，且所述基板上具有至少两种成分或结构不同的聚阴离子型锂离子电池正极材料；

通过在一基板上集成有不同成分的聚阴离子型锂离子电池正极材料，以实现对聚阴离子型锂离子电池正极材料的高通量分析。

上述的芯片，其中，所述聚阴离子型锂离子电池正极材料为Li_xM(XO₄)Y_1/0；

其中，M为过渡金属，X为P，Si，S，As中的任意一种，Y为O，F，OH，H₂O中的任意一种。

上述的芯片，其中，所述过渡金属为Fe，Ni，Co，Mn，Zr，Nb，Cr，V，Mg，Zn，Al中的任意一种或其组合。

上述的芯片，其中，所述基板选用低导热系数固体材料，例如包括CMS陶瓷、硅材料或蓝宝石的材料制成。