一种掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料及其制备方法_2

文档序号:9473094阅读:来源:国知局
寿命曲线,其中SI为未掺氦样品,S2为掺氦样品。从该组曲线对比可见使用掺氦的薄膜LiFePO4正极材料制备的锂电池在0.1C,50次循环稳定性能测试中具有更小的容量衰减率,为14.9%,而不掺He的LiFePO4薄膜电池则为24.6%。
【具体实施方式】
[0027]下面给出的实施例以对本发明作进一步说明。有必要在此指出的是以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制,如果该领域的技术熟练人员根据上述本
【发明内容】
对本发明做出一些非本质的改进和调整,仍属于本发明保护范围。
[0028]值得说明的是:1)以下实施例所得正极材料的薄膜中He原子的含量是采用增强质子背散射法测试的,其中质子源采用的是J-2.5质子静电加速器,质子入射能量为2.0MeV并垂直于样品表面入射,所得谱线利用S頂NRA软件对其进行拟合计算后得到He原子含量。2)以下实施例所得正极材料的电化学性能是装配成扣式锂离子电池来测试的,其中对电极为金属锂片,隔膜为微孔聚乙烯和聚丙烯的复合膜,电解液为体积比1:1的IMLiPF6的碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯组成的有机溶液;测试是用深圳新威尔电子有限公司生产的CT-3008W型充放电仪,电位以Li/Li+体系为参比电极,充放电电流计算按IC =170mAh/g,测试倍率为 0.05C,0.1C,0.2C,0.5C,1C,2C,5C,10C,20C,电池的放电容量是通过以下公式计算而得:C= It/m = It/(1?-!?) k,其中C为电池放电比容量(mAh/g),I为不同倍率下的充放电电流(mA) ;m为活性物质的质量(g),!!^和m2分别表示正极材料在LiFePO4沉积前后的质量,k为活性物质所占的比例(本发明k = I),t为电池的充放电时间(h)。
[0029]实施例1
[0030](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为9.0X10 4Pa,在溅射功率40W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为0.8Pa,Ar与He的气压比为10:1,溅射沉积时间为20min ;
[0031](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度300°C,退火压力为9.0X10 4Pa,退火I小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0032]测得正极材料薄膜中He原子的含量为8.2at%,所装配电池的放电容量为84mAh/g,50次循环电容量衰减率为23.2%。
[0033]实施例2
[0034](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压7.0X10 4Pa,在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为1.0Pa, Ar与He的气压比为10:4,溅射沉积时间为40min ;
[0035](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度600°C,退火压力7.0X 10 4Pa,退火1.5小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0036]本实施例所制备的薄膜中He原子的含量为22.0at%。并将该掺氦LiFePO4正极材料与未掺氦的LiFePO4正极材料用扫描电子显微镜观测了其截面形貌,见图1 ;二者采用X射线衍射法表征的晶体结构,见图2 ;二者采用CT-3008W型充放电系统测量的电池充放电容量,见图4 ;倍率性能见图5 ;循环性能见图6。结果表明:在0.1C倍率下,使用掺He的LiFePO4正极材料制备的锂电池放电容量可达到118mAh/g,而不掺He的LiFePO 4正极材料制备的电池放电容量约为74mAh/g ;在其他倍率下,使用掺He的LiFePO4E极材料制备的锂电池放电容量比不掺He的锂电池更为优越;使用掺He的薄膜LiFePO4E极材料制备的锂电池在0.1C,50次循环稳定性能测试中具有更小的容量衰减率,为14.9%,而不掺He的LiFePO4薄膜电池为24.6%。
[0037]实施例3
[0038](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为8.0X10 4Pa,在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为2.0Pa, Ar与He的气压比为10:2,溅射沉积时间为20min ;
[0039](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度400°C,退火压力8.0X 10 4Pa,退火1.2小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0040]测得正极材料薄膜中He原子的含量为13.5at %,所装配电池的放电容量为94mAh/g,50次循环电容量衰减率为21.8%。
[0041]实施例4
[0042](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为6.0X10 4Pa,在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为1.2Pa,Ar与He的气压比为10:2,溅射沉积时间为40min ;
[0043](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度500°C,退火压力为6.0X 10 4Pa,退火1.3小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0044]测得正极材料薄膜中He原子的含量为14.3at%,所装配电池的放电容量为109mAh/g,50次循环电容量衰减率为16.1%。
[0045]实施例5
[0046](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为5.0X10 4Pa,在溅射功率60W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为1.6Pa,Ar与He的气压比为10:2,溅射沉积时间为60min ;
[0047](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度600°C,退火压力5.0X 10 4Pa,退火1.4小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0048]测得正极材料薄膜中He原子的含量为13.8at%,所装配电池的放电容量为115mAh/g,50次循环电容量衰减率为15.4%。
[0049]实施例6
[0050](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为4.0X10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为2.0Pa, Ar与He的气压比为10:3,溅射沉积时间为80min ;
[0051](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度700°C,退火压力为4.0X10 4Pa,退火1.5小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0052]测得正极材料薄膜中He原子的含量为18.1at %,所装配电池的放电容量为114mAh/g,50次循环电容量衰减率为15.1%。
[0053]实施例7
[0054](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为3.0X10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为0.8Pa,Ar与He的气压比为10:3,溅射沉积时间为40min ;
[0055](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度800°C,退火压力为3.0X 10 4Pa,退火1.6小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0056]测得正极材料薄膜中He原子的含量为19.2at %,所装配电池的放电容量为91mAh/g,50次循环电容量衰减率为22.1%。
[0057]实施例8
[0058](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为2.0X10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜,以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePO4勒作为溅射源,溅射时同时通入Ar和He的混合气体,其中Ar气压为1.2Pa,Ar与He的气压比为10:3,溅射沉积时间为60min ;
[0059](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火,退火温度900°C,退火压力为2.0X 10 4Pa,退火1.7小时,退火完成后,随炉冷却、出炉。
[0060]测得正极材料薄膜中He原子的含量为18.8at%,所装配电池的放电容量为94mAh/g,50次循环电容量衰减率为22.8%。
[0061]实施例9
[0062](I)将清洗后的316不锈钢薄片置于磁控溅射真空室中,真空室本底真空气压为1.0X10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜,以
当前第2页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1