薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及IPC分類中的C23C濺射法鍍覆技術(shù)，屬于應用于電化學領域高新技術(shù)材料，尤其是薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜鋰電池是鋰離子電池發(fā)展的重要方向，除了具有普通鋰離子電池的優(yōu)點，如電壓高、無記憶效應、對環(huán)境友好外，薄膜鋰電池還具有極其高的能量密度，號稱無線的循環(huán)性能，以及真正意義上的全固態(tài)，在微能源領域獲得了很大的市場。全固態(tài)薄膜鋰離子電池由于具有高功率密度、低自放電率、優(yōu)良的充放電循環(huán)性能、形狀和尺寸可以任意設計，以及無溶液泄露、不爆炸、使用安全等優(yōu)點，近年來在國內(nèi)外得到廣泛關注，部分國家已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0003]普通的制備薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材(Li3Po4)靶材的方法為冷壓加燒結(jié)。冷壓過程中，加入0.5%?2%的粘結(jié)劑可以增強素坯的成型性，但同時也增加了靶材的雜質(zhì)含量。由于素坯的相對密度為60%?70%，在靶材燒結(jié)完成后，靶材的相對密度只能達到70%?90%。
[0004]用于全固態(tài)薄膜鋰電池的薄膜電解質(zhì)要求具有較高的離子電導率(> 10 7S/cm)，很低的電子電導率和活化能，并且與電極材料接觸時有較好的穩(wěn)定性。目前，能同時滿足以上要求的電解質(zhì)體系很少，限制了全固態(tài)薄膜鋰離子電池的發(fā)展。因此迫切需要尋找和開發(fā)一種性能良好的薄膜電解質(zhì)材料。
[0005]按照現(xiàn)有技術(shù)的常壓氣氛燒結(jié)法制備出的磷酸鋰靶材，其晶粒尺寸比較大，致密度也不高。在適當?shù)臈l件下，使用了濺射這些靶材所得到的全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲能量和循環(huán)次數(shù)也比較低。
[0006]較為接近的現(xiàn)有技術(shù)較少，已公開的專利文獻也不具有較好的參考價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為生產(chǎn)體積小、高能量密度、壽命長的全固態(tài)薄膜鋰離子電池提供具有高的離子電導率和低的電子電導率的電解質(zhì)薄膜。
[0008]本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)措施來實現(xiàn):制備工藝步驟:
[0009]1)選取純度大于99.95 %的磷酸鋰(Li3Po4)粉體為原料，然后對原料粉體進行球磨處理，得到粒度細而均勾的類球形顆粒，平均粒度范圍為50?lOOnm ；
[0010]2)將處理過的粉末進行裝模；
[0011]3)裝模后進行冷等靜壓加工，可提高材料的致密度，壓力范圍lOOMPa?300MPa ;
[0012]4)冷等靜壓完畢，將成型的坯件取出并置于真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)方式為階段性升溫，首先以100?200°C /h的升溫速度將溫度升至800?900°C，保溫2?4小時，然后以200?400 °C /h的升溫速度升至900?1200°C，保溫4?24小時后降至常溫，降溫速度為50?100 °C /h ；
[0013]5)將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工，即得所述磷酸鋰靶材成品。
[0014]尤其是，選取純度為99.95 %的磷酸鋰粉體為原料，對其進行球磨、篩分處理，得到粒度細而均勻的類球形顆粒，平均粒徑為80nm ;將處理過的粉末進行裝模；裝模后進行冷等靜壓，壓力為lOOMPa，經(jīng)壓制后的素坯相對密度為60% ;冷等靜壓完畢，將成型的素坯取出并置于真空燒結(jié)爐中進行階段性升溫燒結(jié)，首先以100°C /h的升溫速度將溫度升至800°C，保溫4小時，然后以200°C /h的升溫速度升至1200°C，保溫12小時后降至常溫，降溫速度為50°C /h ;最后將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工即可制得所需尺寸鈷酸鋰靶材成品；對上述制備的鈷酸鋰靶材進行掃描電鏡分析，可得其晶粒尺寸細小且致密度高，約為98.4%。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點和效果:制備出的磷酸鋰靶材晶粒尺寸細小且致密度高，保證材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能；在適當條件下濺射這些靶材，可以獲得性能優(yōu)異的薄膜，從而提高全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲能量和循環(huán)次數(shù)。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明原理在于，對磷酸鋰粉體進行球磨、篩分處理，裝模后進行冷等靜壓，將成型的素坯取出并置于真空燒結(jié)爐中進行階段性升溫燒結(jié)，最后將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工即可制得所需尺寸鈷酸鋰靶材成品。
[0017]本發(fā)明中，制備工藝步驟:
[0018]1)選取純度大于99.95%的磷酸鋰(Li3Po4)粉體為原料，然后對原料粉體進行球磨處理，得到粒度細而均勾的類球形顆粒，平均粒度范圍為50?lOOnm ；
[0019]2)將處理過的粉末進行裝模；
[0020]3)裝模后進行冷等靜壓加工，可提高材料的致密度，壓力范圍lOOMPa?300MPa ;
[0021]4)冷等靜壓完畢，將成型的坯件取出并置于真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)方式為階段性升溫，首先以100?200°C /h的升溫速度將溫度升至800?900°C，保溫2?4小時，然后以200?400 °C /h的升溫速度升至900?1200°C，保溫4?24小時后降至常溫，降溫速度為50?100 °C /h ；
[0022]5)將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工，即得所述磷酸鋰靶材成品。
[0023]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0024]實施例1:選取純度為99.95%的磷酸鋰粉體為原料，對其進行球磨、篩分處理，得到粒度細而均勻的類球形顆粒，平均粒徑為80nm ;將處理過的粉末進行裝模；裝模后進行冷等靜壓，壓力為lOOMPa，經(jīng)壓制后的素坯相對密度為60%左右；冷等靜壓完畢，將成型的素坯取出并置于真空燒結(jié)爐中進行階段性升溫燒結(jié)，首先以100°C /h的升溫速度將溫度升至800°C，保溫4小時，然后以200°C /h的升溫速度升至1200°C，保溫12小時后降至常溫，降溫速度為50°C /h ;最后將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工即可制得所需尺寸鈷酸鋰靶材成品。對上述制備的鈷酸鋰靶材進行掃描電鏡分析，可得其晶粒尺寸細小且致密度高，約為98.4%。
【主權(quán)項】
1.薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝，其特征在于，制備工藝步驟: .1)選取純度大于99.95%的磷酸鋰粉體為原料，然后對原料粉體進行球磨處理，得到粒度細而均勻的類球形顆粒，平均粒度范圍為50?lOOnm ； .2)將處理過的粉末進行裝模； .3)裝模后進行冷等靜壓加工，可提高材料的致密度，壓力范圍lOOMPa?300MPa; .4)冷等靜壓完畢，將成型的坯件取出并置于真空燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)方式為階段性升溫，首先以100?200°C /h的升溫速度將溫度升至800?900°C，保溫2?4小時，然后以200?400 °C /h的升溫速度升至900?1200°C，保溫4?24小時后降至常溫，降溫速度為 50 ?100。。/h ； .5)將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工，即得所述磷酸鋰靶材成品。2.如權(quán)利要求1所述的薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝，其特征在于，選取純度為99.95%的磷酸鋰粉體為原料，對其進行球磨、篩分處理，得到粒度細而均勻的類球形顆粒，平均粒徑為80nm ;將處理過的粉末進行裝模；裝模后進行冷等靜壓，壓力為lOOMPa，經(jīng)壓制后的素坯相對密度為60% ;冷等靜壓完畢，將成型的素坯取出并置于真空燒結(jié)爐中進行階段性升溫燒結(jié)，首先以100°C /h的升溫速度將溫度升至800°C，保溫4小時，然后以200°C /h的升溫速度升至1200°C，保溫12小時后降至常溫，降溫速度為.50°C /h ;最后將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工即可制得所需尺寸鈷酸鋰靶材成品；對上述制備的鈷酸鋰靶材進行掃描電鏡分析，可得其晶粒尺寸細小且致密度高，約為.98.4% ο
【專利摘要】薄膜鋰電池用電解質(zhì)層材料磷酸鋰靶材粉末冶金制備工藝，對磷酸鋰粉體進行球磨、篩分處理，裝模后進行冷等靜壓，將成型的素坯取出并置于真空燒結(jié)爐中進行階段性升溫燒結(jié)，最后將燒結(jié)冷卻好的靶材取出，對其進行機械加工即可制得所需尺寸鈷酸鋰靶材成品；對上述制備的鈷酸鋰靶材進行掃描電鏡分析，可得其晶粒尺寸細小且致密度高，約為98.4％。制備出的磷酸鋰靶材晶粒尺寸細小且致密度高，保證材料的組織均勻，性能穩(wěn)定，以及良好的冷、熱加工性能；在適當條件下濺射這些靶材，可以獲得性能優(yōu)異的薄膜，從而提高全固態(tài)薄膜鋰離子電池的儲能量和循環(huán)次數(shù)。
【IPC分類】C23C14/34
【公開號】CN105256275
【申請?zhí)枴緾N201510736619
【發(fā)明人】賈澤夏, 莊志杰
【申請人】基邁克材料科技（蘇州）有限公司
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年11月3日