[发明专利]利用磁控溅射技术制备锂硫电池正极片的方法有效
申请号: | 201810324259.X | 申请日: | 2018-04-12 |
公开(公告)号: | CN108565394B | 公开(公告)日: | 2021-04-02 |
发明(设计)人: | 张敏刚;闫时建;魏世伟;刘建生 | 申请(专利权)人: | 太原科技大学 |
主分类号: | H01M4/04 | 分类号: | H01M4/04;H01M4/139;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/052;B82Y30/00 |
代理公司: | 北京恒创益佳知识产权代理事务所(普通合伙) 11556 | 代理人: | 付金豹 |
地址: | 030024 山*** | 国省代码: | 山西;14 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 利用 磁控溅射 技术 制备 电池 正极 方法 | ||
本发明公开了一种利用磁控溅射技术制备锂硫电池正极片的方法,使用高能氩离子把硫碳混合靶材(4)中的硫原子和碳原子共同溅射出来,沉积到铝箔(3)表面,沉积层形成所需的厚度后,即获得带有硫/碳复合材料的锂硫电池正极片;本发明的优点是:①制得的硫/碳复合材料中,硫颗粒和碳颗粒极为细小,能明显提高硫正极的导电性,四电极法测得电导率为4.36×10‑3S/cm;②溅射效率高,沉积面积大,基片温升小;③不必专门在铝箔表面涂敷硫/碳复合材料,简化了电池正极片的制造工序;④工艺简单,易于控制。
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域,涉及一种利用磁控溅射技术制备锂硫电池正极片的方法。
背景技术
锂硫电池由于其高的比容量和高的能量密度,被认为是当今最具有研究价值的二次电池体系之一,而硫/碳复合材料被认为是最具发展潜力的锂硫电池的正极材料,一方面在于碳材料作为导电骨架,提高了硫正极的导电性,另一方面碳材料也为单质硫提供了稳定的电极结构,保证了复合材料的结构稳定性。在复合方法上,研究人员主要考虑尽量减小硫的尺寸,使之与碳材料能很好地结合形成网状结构。目前常用的复合方法有球磨法、高温热处理法、加热回流法、真空浸渍法、化学沉淀法和气相负载法等,球磨法只能将单质硫粉碎至亚微米尺度,不能较好地与碳接触,高温热处理法使硫能够嵌入到碳孔道中使硫碳结合更紧密,美中不足的是硫可能会发生团聚,其他方法工艺过程复杂,应用受到限制。而且通过这些方法制得的硫/碳复合粉末还需要加入粘结剂,混合成浆料涂敷在铝箔上,才能制成电池正极片,不但复合效果不够理想,而且工序复杂。
发明内容
本发明目的是提供一种利用磁控溅射技术,将混合压实的硫碳粉末共溅射制备锂硫电池正极片的方法,使单质硫向纳米尺寸甚至分子水平与碳材料复合而且复合效率高,简化锂硫电池正极片的制造工序而且操作简单。
本发明采用如下技术方案:
一种利用磁控溅射技术制备锂硫电池正极片的方法,使用高能氩离子把硫碳混合靶材(4)中的硫原子和碳原子共同溅射出来,沉积到铝箔(3)表面,沉积层形成所需的厚度后,即获得带有硫/碳复合材料的锂硫电池正极片。
所述的方法,该正极片的制备在磁控溅射室(1)内进行;溅射操作开始前,将铝箔(3)裁切成所需的形状和面积,铺设在磁控溅射室的基片托架(2)上作为基片,按照在铝箔(3)上要求沉积硫/碳复合材料的厚度和所要求的硫/碳质量比称量单质硫粉末和单质碳粉末,混合均匀后,按照靶材支架(7)的规格,将硫碳混合粉末压实成形状大小适宜的硫碳混合靶材(4),安放在靶材支架(7)上,将磁控溅射室(1)抽到足够的真空度,再充入适量氩气;溅射开始时,采用某一功率加电磁场,电磁场电离产生、增值和控制的高能量的氩离子轰击硫碳混合靶材(4),将硫原子和碳原子共同溅射出来,沉积到铝箔(3)表面,当沉积层达到所需的厚度后停止溅射;将铝箔(3)连同沉积层从基片托架(2)上取下来,即获得带有硫/碳复合材料的锂硫电池正极片。
所述的方法,溅射前磁控溅射室(1)内充填了适量氩气。
所述的方法,所述的高能氩离子弥散在磁控溅射室内靠近硫碳混合靶材(4)表面的空间内。
所述的方法,所述的硫碳混合靶材(4)由单质硫粉末和单质碳粉末,以所需的比例和质量混合压制而成。
所述的方法,单质硫粉末和单质碳粉末以9:1-7:3的质量比均匀混合。
所述的方法,单质硫粉末和单质碳粉末以9:1、7:3或8:2的质量比均匀混合。
所述的方法,磁控溅射室1抽真空至10-4Pa以下,再通入适量氩气,保持气压在0.6Pa。
所述的方法,溅射开始时,采用100W功率,使产生的氩离子轰击硫碳混合靶材,将硫原子和碳原子共同溅射出来,沉积到铝箔表面,当沉积层厚度达到10μm、60μm、100μm时停止溅射。
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