專利名稱：用于鋰離子電池的NiF₂納米電極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋰離子薄膜技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及可用于鋰離子電池的納米尺寸的電極活性材 料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著手機(jī)，手提電腦，攝像機(jī)，照相機(jī)等電子產(chǎn)品在人們工作和生活越來越普及， 使電池的發(fā)展空間變得空前巨大，而對電池性能要求也越來越苛刻。鋰離子電池是在近十 年中對鋰二次電池研究的基礎(chǔ)上，于卯年代迅速發(fā)展起來的新電源體系。該種電池儲備 的能量為鉛酸電池的三倍，為各類鎳型電池的兩倍，它既保持了鋰電池所具有的高能量、 長壽命的優(yōu)點(diǎn)，又具有比純金屬鋰為陽極的二次電池可靠的優(yōu)點(diǎn)，故其問世以來就成為新
型電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)。對鋰離子電池的研究主要有兩個方面電極材料和電解質(zhì)材料的 研究。而陽極材料的性能對于鋰離子電池尤為重要。目前，最常用的鋰離子電池陽極材料
為石墨，但其比容量只有350mAh/g左右，這使得整個電池的能量密度很難得到較大的提
高。尋找新的具有優(yōu)良性能的鋰離子陽極材料成為目前研究的首要任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種龜化學(xué)性能良好的用于鋰離子電池的納米薄膜電極材料 及其制備方法。
本發(fā)明的納米薄膜電極材料，是由脈沖激光沉積法制備獲得的NiF2納米薄膜，該薄膜 材料是一種具有良好充放電循環(huán)性能的高容量鋰離子電池電極材料。其中薄膜的顆粒尺寸 小于30nm，這樣可以大大降低反應(yīng)體系的電化學(xué)內(nèi)阻，提高反應(yīng)體系中活性物質(zhì)的利用 率，最終提高體系的電化學(xué)容量和循環(huán)性能。
用于鋰離子電池的NiF2納米薄膜材料，是由納米顆粒組成的NiF2薄膜，其特征是NiF2 的顆粒尺寸小于30nm，厚度在100—300nm之間。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于直接利用NiF2形成具有電化學(xué)活性的電極材料，該材料具有良好的 充放電循環(huán)性能和較高的比容量?；旌衔锏闹苽溥^程不需要傳統(tǒng)電極材料的高溫反應(yīng)或高 能球磨過程，僅需要采取一定的方法使薄膜的顆粒尺寸達(dá)到納米級(30nm)以下即可。因 此具有制備過程簡單、電化學(xué)性能優(yōu)良的顯著優(yōu)點(diǎn)。
脈沖激光沉積法制備納米薄膜電極材料的具體步驟如下將高純度的(純的)NiF2(氟 化鎳)粉末壓制成靶，通過脈沖激光沉積的方法制備成納米薄膜電極材料。制備條件為 基片選用不銹鋼片，基片與靶的距離為20—40mm;沉積過程在氬氣中進(jìn)行，保持壓強(qiáng)在5—20Pa;沉積溫度為100。C一40(TC;激光為由Nd: YAG激光器產(chǎn)生的基頻經(jīng)三倍頻產(chǎn)生 的355nm脈沖激光，脈沖頻率10Hz，脈沖寬度10ns，能量密度為1.5 — 2.5J/cm2;沉積時 間lh-3h。


圖1為本發(fā)明薄膜材料的充放電曲線。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。
實(shí)施例
將高純度的NiF2 (99.99%， Aldrich)粉末壓制成靶，通過脈沖激光沉積的方法制備成 納米薄膜電極材料。制備條件為基片選用不銹鋼片，基片與靶的距離為30mm;沉積過 程在氬氣氣氛中進(jìn)行，保持壓強(qiáng)在10Pa;沉積溫度為20(TC;激光為由Nd:YAG激光器產(chǎn) 生的基頻經(jīng)三倍頻產(chǎn)生的355nm脈沖激光，脈沖頻率10Hz，脈沖寬度10ns，能量密度為 2J/cm2;沉積時間lh。
由SEM表明，沉積薄膜中顆粒粒徑約為25nm。表明沉積的薄膜由納米顆粒構(gòu)成。由 TEM電子衍射測定表明，沉積薄膜為MF2納米混合物，其晶體結(jié)構(gòu)為四方結(jié)構(gòu)，空間群 為P42/mnn。將該薄膜作為工作電極，以高純鋰片作為對電極組裝成模擬電池。其中電解 液為1MLiPF6+EC+DMC(EC與DMC的體積比為1/1)，電池裝配在充氬氣的干燥箱內(nèi)進(jìn)行。 電池的充放電在Land電池測試系統(tǒng)上進(jìn)行?；旌衔锉∧る姌O表現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能。 電池在2V到0.5V之間有明顯的放電平臺，可逆容量可達(dá)450mAh/g (附圖)。
權(quán)利要求
1、一種用于鋰離子電池的NiF2納米薄膜電極材料，其特征是NiF2納米薄膜的顆粒尺寸小于30nm，厚度在100-300nm之間。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電池的NiF2納米薄膜材料的制備方法，其特 征在于具體步驟如下將高純度的NiF2粉末壓制成靶，通過脈沖激光沉積的方法制備成納 米薄膜電極材料，制備條件為基片選用不銹鋼片，基片與靶的距離為20 —40mm;沉積 過程在氬氣中進(jìn)行，保持壓強(qiáng)在5—20Pa;沉積溫度為100'C—40(TC;激光為由Nd:YAG 激光器產(chǎn)生的基頻經(jīng)三倍頻產(chǎn)生的355nm脈沖激光，脈沖頻率10Hz，脈沖寬度10ns，能 量密度為1.5—2.5J/cm2;沉積時間lh-3h。
3、 一種NiF2納米薄膜材料作為鋰離子電池電極材料的應(yīng)用，該薄膜材料的顆粒尺寸 小于30nm，厚度為100-300nm。
全文摘要
本發(fā)明屬鋰離子薄膜電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于鋰離子電池的NiF₂納米電極材料及其制備方法。本發(fā)明采用脈沖激光沉積法制備了NiF₂薄膜，其特點(diǎn)是NiF₂薄膜的顆粒尺寸小于30nm，厚度為100-300nm。薄膜電極的可逆比容量可達(dá)450mAh/g，在反復(fù)充放電過程中表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)性能。該種薄膜電極材料比容量高，循環(huán)性能好，制備方法簡單，適用于薄膜鋰離子電池。
文檔編號H01M4/58GK101207202SQ200710172619
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者傅正文, 吳曉京, 周永寧 申請人:復(fù)旦大學(xué)