專利名稱：一種用于鋰離子電池的磷化鎳陰極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一類用于鋰離子電池的陰極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是筆記本電腦、照相機(jī)、手機(jī)以及其它通訊器材的重要電源，而且有可能 作為綠色能源用于汽車和其它交通工具。目前市售的鋰離子電池主要由碳基陰極材料，有 機(jī)液體電解質(zhì)和含鋰的過渡金屬氧化物陰極材料所組成。為了進(jìn)一步提高鋰離子電池的性 能，人們正在研究、尋找比碳基陰極材料性能更好的新型的陰極材料。此外，隨著微電子 器件的小型化，迫切要求開發(fā)與此相匹配的鋰離子電池，例如薄膜鋰離子電池等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一類性能良好的鋰離子電池陰極材料及其制備方法。 本發(fā)明提出的鋰離子電池陰極材料是一種具有斜方六面體結(jié)構(gòu)的磷化鎳(Ni2P)材料。 經(jīng)研究表明，此類材料具有良好的電化學(xué)性能，可作為高性能鋰離子電池的陰極材料。目 前為止沒有關(guān)于薄膜化的磷化鎳(Ni2P)用作鋰離子電池陰極材料的報(bào)道。本發(fā)明提出的 作為鋰離子電池陰極材料的磷化鎳(Ni2P)為薄膜形式，其薄膜材料的厚度為0.2-lpm。 本發(fā)明還提出了前述鋰離子電池陰極材料的制備方法，具體介紹如下 作為鋰離子電池陰極材料的磷化鎳(Ni2P)薄膜可采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備， 具體步驟為將磷粉和鎳粉研磨混合后壓片制成脈沖激光沉積所用的靶，其中磷粉的物質(zhì) 的量為鎳粉的1-2倍，由摻釹釔鋁榴石激光器產(chǎn)生的1064nrn基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm 脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到上述靶上，靶子和基片的距離為25-50mm，在氬氣 氣氛中在基片上沉積得到磷化鎳(Ni2P)薄膜，基片可采用不銹鋼片、鉑片和鍍金單晶硅 片，基片溫度為300-600°C。薄膜的沉積時(shí)間由薄膜厚度要求確定， 一般為0.2-1.0小時(shí)。 薄膜厚度可由掃描電鏡測(cè)定，薄膜的重量根據(jù)電子天平稱量實(shí)驗(yàn)前后基片重量作差得到。
本發(fā)明中，磷化鎳(Ni2P)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)由X-射線衍射儀(BrukerD8Advance)確 定。X-射線衍射圖譜表明由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的磷化鎳(Ni2P)薄膜為多晶斜方六 面體的結(jié)構(gòu)。由掃描電鏡(PhilipsXL30)測(cè)定表明，由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的磷化鎳 (Ni2P)薄膜表面光滑并伴有一些細(xì)小團(tuán)聚。
本發(fā)明中，磷化鎳(Ni2P)薄膜可直接制成鋰離子電池薄膜電極。 本發(fā)明中，磷化鎳(Ni2P)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試采用由三電極組成的電池系統(tǒng)， 其中，磷化鎳(Ni2P)薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對(duì)電極和參比電極。電解液為lMLiPF6 + EC + DMC (V/V=l/1)。電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。電池的充放 電實(shí)驗(yàn)在藍(lán)電(Land)電池測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行。
本發(fā)明中，由脈沖激光反應(yīng)性沉積法在不銹鋼片等基片上制得的磷化鎳(Ni2P)薄膜 電極均具有充放電性能，第一次放電容量為730400mAh/g。在其后的放電過程中，容量有 所衰減。在電壓范圍0-3V和電流密度5 ^A/ci^時(shí)，磷化鎳(Ni2P)薄膜電極的比容量在 前30次循環(huán)內(nèi)保持在400mAh/g。
上述性能表明，磷化鎳(Ni2P)是一類新型的陰極材料，可應(yīng)用于鋰離子電池。


圖1為磷化鎳(Ni2P)薄膜的XRD譜圖，圖中星號(hào)表示不銹鋼基片的衍射峰，括號(hào) 內(nèi)的是衍射峰的晶面指標(biāo)。
具體實(shí)施例方式
采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備磷化鎳(Ni2P)薄膜，顏色為黑色。制備時(shí)，混合靶 中，磷粉的物質(zhì)的量是鎳粉的2倍，采用不銹鋼片作為基片，基片與靶的距離為40mm， 基片溫度為400。C,由Nd: YAG激光器產(chǎn)生的基頻經(jīng)三倍頻產(chǎn)生355nm脈沖激光，激光 束經(jīng)透鏡聚焦后入射到銻粉與硒粉的混合靶上。能量密度為2 J《m—2，沉積時(shí)間為0.5小時(shí)。
X-射線衍射測(cè)定表明沉積的薄膜為多晶斜方六面體結(jié)構(gòu)的磷化鎳(Ni2P)(附圖1)。 由掃描電鏡照片測(cè)定表明由脈沖激光反應(yīng)性沉積制得的磷化鎳(Ni2P)薄膜表面光滑并伴 有一些細(xì)小團(tuán)聚。
對(duì)不銹鋼基片上的磷化鎳(Ni2P)薄膜電極的電化學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如下 磷化鎳(Ni2P)薄膜電極可在5 pA/cn^充放電速率下進(jìn)行充放電循環(huán)。在電壓范圍0 -3V
內(nèi)，第一次放電容量可達(dá)730mAh/g，循環(huán)10次后容量趨于穩(wěn)定，循環(huán)30次容量保持在
400mAh/g。
因此，在不銹鋼片上沉積的磷化鎳(Ni2P)薄膜可用作鋰離子電池的陰極材料。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子電池陰極材料，其特征在于為一種具有斜方六面體結(jié)構(gòu)的磷化鎳薄膜，薄膜的厚度為0.2-1μm。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的陰極材料的制備方法，其特征在于磷化鎳 薄膜材料采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備，具體步驟為將磷粉和鎳粉研磨混合后壓片制 成脈沖激光沉積所用的靶，其中磷粉的物質(zhì)的量為鎳粉的1-2倍，由摻釹釔鋁榴石激光器 產(chǎn)生的1064nm基頻經(jīng)三倍頻后獲得355nm脈沖激光，激光束經(jīng)透鏡聚焦后入射到上述靶 上，耙子和基片的距離為25 - 50mm，在氬氣氣氛中在基片上沉積得到磷化鎳薄膜，基片 采用不銹鋼片、鉑片或鍍金單晶硅片，基片溫度為300-60(TC。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于鋰離子電池的磷化鎳陰極材料。該材料為薄膜形式，通過反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備獲得。該薄膜制成的電極，具有良好的充放電循環(huán)可逆性。由磷化鎳(Ni₂P)薄膜制成的電極的可逆比容量為400mAh/g左右。磷化鎳(Ni₂P)電極材料化學(xué)穩(wěn)定性好、比容量高、制備方法簡(jiǎn)單，適用于鋰離子電池。
文檔編號(hào)C23C16/48GK101304089SQ20081003960
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者傅正文, 吳濟(jì)今 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)