[发明专利]一种锂离子电池透明正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及一种透明正极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代二次电池，它能量密度高、安全性好、寿命长，是目前最有前景的能量储存装置，广泛应用于便携式电子产品、混合动力车等。锂离子电池主要由正极、负极、电解质组成，这三部分材料的研究和开发成为锂离子电池发展的关键。随着电子技术的迅速发展，尤其是新型智能产品的开发，使锂离子电池面临更大的挑战。如新型透明锂离子电池的开发在未来大有用途，可用于透明电子器件、智能化包装、射频传感器以及电子纸产品等领域。

然而，现有锂离子电池还无法应用于全透明电子器件领域，这是由于现有正极材料受在可见光范围内的透过率所限，解决正极材料的透明性问题，可以将锂离子电池的应用范围扩展到全透明电子器件领域。目前，还没有任何专门针对透明正极材料的研究工作，这是因为常用的电极材料如LiCoO₂，LiFePO₄，LiMn₂O₄等，只能确保充放电比容量，无法满足在可见光波段透过率的要求。因此，新型透明正极材料的开发对本领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种锂离子电池透明正极材料，该透明正极材料除了具备透明性以外，还能确保一定的充放电比容量。

本发明的另一个目的是提供一种制备所述锂离子电池透明正极材料的制备方法。

为达到上述目标，本发明所采用的技术方案是：所述透明正极材料由基板、基板上的电荷传输层和锂离子储存层组成，在可见光波段的平均透过率在70~80%之间，首次充放电比容量在300mAh/g以上。

所述的基板为玻璃、石英或有机柔性聚合物。

所述的有机柔性聚合物为聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。

所述的电荷传输层为ITO或AZO。

所述的锂离子储存层为LiV₃O₈，在可见光波段的平均透过率在80%以上，首次充放电比容量在350mAh/g以上。

所述锂离子电池透明正极材料的制备方法是采用磁控溅射、电子束蒸发或脉冲激光沉积法在清洁处理后的基板上制备所述ITO或AZO电荷传输层，厚度为0.30~0.50µm，然后采用离子辅助磁控溅射、电子束蒸发或脉冲激光沉积法在电荷传输层上原位制备所述锂离子储存层LiV₃O₈，厚度为0.30~1.00µm。

所述离子辅助磁控溅射法制备锂离子储存层以LiV₃O₈为靶材，氩气流量50~150sccm，溅射气压0.2~1.0Pa，沉积温度为100~200^oC，离子源100~400W，偏压0~100V，中频磁控溅射功率600~2000W，厚度为0.30~1.00µm。

所述电子束蒸发法制备锂离子储存层以LiV₃O₈为层料，电子枪加速电压2~8kV，电子束流20~60mA，氧气流量10~40sccm，离子束流10~50mA，厚度为0.30~1.00µm。

所述脉冲激光沉积法制备锂离子储存层以LiV₃O₈为靶材，激光频率2~8Hz，激光能量100~300mJ，氧气压0.10~0.40Pa，厚度为0.30~1.00µm。

将锂离子储存层LiV₃O₈单独沉积在金属和玻璃衬底上，可用于测试该层的电化学性能和透过率。测试结果表明：本发明的锂离子储存层在可见光波段的平均透过率在80%以上，首次充放电比容量在350mAh/g以上。

本发明的锂离子电池透明正极材料可直接与电池负极片金属锂组装成锂离子电池进行性能测试。电解液是含1mol/L LiPF₆的DEC+EC，体积比DEC∶EC＝7∶3，DEC为碳酸二乙酯，EC为碳酸乙烯酯，锂离子电池装配过程在相对湿度低于1%的干燥手套箱中完成。