專利名稱：一種用于鋰離子電池的三磷化四錫陰極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學技術(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、手機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)的三磷化四錫(Sn4P3) 材料。經(jīng)研究表明，此類材料具有良好的電化學性能，可作為高性能鋰離子電池的陰極材
料。目前為止沒有關(guān)于薄膜化的三磷化四錫(Sll4P3)用作鋰離子電池陰極材料的報道。本
發(fā)明提出的作為鋰離子電池陰極材料的三磷化四錫(Sn4P3)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三磷化四錫(Sll4P3)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錫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)的量為錫粉的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耙上，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三磷化四錫(Sll4P3)薄膜，基片可采用不銹鋼片、鉑片或 鍍金單晶硅片，基片溫度為300-600。C。薄膜的沉積時間由薄膜厚度要求確定，一般為0.2-1.0 小時。薄膜厚度可由掃描電鏡測定，薄膜的重量根據(jù)電子天平稱量實驗前后基片重量作差 得到。
本發(fā)明中，三磷化四錫(Sn4P3)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)由X-射線衍射儀(BmkerD8 Advance) 確定。X-射線衍射圖譜表明由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的三磷化四錫(Sll4P3)薄膜為多晶 斜方六面體的結(jié)構(gòu)。由掃描電鏡(Philips XL30)測定表明，由脈沖激光反應(yīng)沉積法制得的 三磷化四錫(SlLtP3)薄膜表面光滑并伴有一些細小裂痕。本發(fā)明中，三磷化四錫(Sll4P3)薄膜可直接制成鋰離子電池薄膜電極。 本發(fā)明中，三磷化四錫(Sll4P3)薄膜電極的電化學性能測試采用由三電極組成的電池 系統(tǒng)，其中，三磷化四錫(Sll4P3)薄膜用作工作電極，高純鋰片分別用作為對電極和參比
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)進行。 電池的充放電實驗在藍電(Land)電池測試系統(tǒng)上進行。
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三磷化四錫(Sn4P3) 薄膜電極均具有充放電性能，第一次放電反應(yīng)的放電平臺出現(xiàn)在0.6和0.3V (相對于Li+Z Li)，第二次放電過程與第一次放電過程相比，不可逆放電容量損失為18.4%，在電壓范圍 0-3V和電流密度5 nA/cm2時，三磷化四錫(Sii4P3)薄膜電極的比容量在前20次循環(huán)內(nèi) 保持在552mAh/g。
上述性能表明，三磷化四錫(Sri4P3)是一類新型的陰極材料，可應(yīng)用于鋰離子電池。


圖l為三磷化四錫(Sri4P3)薄膜的XRD譜圖。圖中星號表示不銹鋼基片的衍射峰，方括 號內(nèi)的是衍射峰的晶面指標。
具體實施方式
實施例
采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備三磷化四錫(Sri4P3)薄膜，顏色為黑色。制備時，混 合靶中，磷粉的物質(zhì)的量是錫粉的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耙上。能量密度為2 J《m—2，沉積時間為0.5小時。
X-射線衍射測定表明沉積的薄膜為多晶斜方六面體結(jié)構(gòu)的三磷化四錫(Sll4P3)(附圖
1)。由掃描電鏡照片測定表明由脈沖激光反應(yīng)性沉積制得的三磷化四錫(Sll4P3)薄膜表面
光滑并伴有一些細小裂痕。
對不銹鋼基片上的三磷化四錫(Sll4P3)薄膜電極的電化學性能測試結(jié)果如下 三磷化四錫(Sn4P3)薄膜電極可在5 ^lA/cn^充放電速率下進行充放電循環(huán)。在電壓
范圍0 -3V內(nèi)，第一次放電容量可達1100mAh/g,可逆容量為552mAh/g，循環(huán)20次后容
量趨于穩(wěn)定，循環(huán)50次容量保持在503mAh/g。
因此，在不銹鋼片上沉積的三磷化四錫(Sn4P3)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)的三磷化四錫材料，該類材料為薄膜形式，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，其特征在于三磷化 四錫薄膜材料采用反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備，具體步驟為將磷粉和錫粉研磨混合后壓 片制成脈沖激光沉積所用的靶，其中磷粉的物質(zhì)的量為錫粉的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 述耙上，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三磷化四錫薄 膜，基片采用不銹鋼片、鉑片或鍍金單晶硅片，基片溫度為300-600°C。
全文摘要
本發(fā)明屬電化學技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種用于鋰離子電池的三磷化四錫陰極材料及其制備方法。該陰極材料為通過反應(yīng)性脈沖激光沉積法制備獲得的三磷化四錫(Sn₄P₃)薄膜。該薄膜制成的電極，具有良好的充放電循環(huán)可逆性，可逆比容量為552mAh/g左右。三磷化四錫(Sn₄P₃)電極材料化學穩(wěn)定性好、比容量高、制備方法簡單，適用于鋰離子電池。
文檔編號C01B25/08GK101289176SQ20081003785
公開日2008年10月22日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日
發(fā)明者傅正文, 吳濟今 申請人:復旦大學