專利名稱:一種NiO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種MO納米晶薄膜的制備方法,所制備的薄膜可作為陽(yáng)極材 料應(yīng)用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池,屬于微型能源材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景電子器件的微型化及微電機(jī)械系統(tǒng)的不斷進(jìn)步迫切要求微電池與之相匹 配,全固態(tài)薄膜鋰電池因具有高能量密度、高電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命、高安全性等 優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。然而,當(dāng)前集成電路制作工藝多數(shù)仍采用回流焊技術(shù), 該過(guò)程中器件被瞬間加熱至250°C以上。以金屬鋰為陽(yáng)極的薄膜電池由于鋰的 低熔點(diǎn)(約廳。C)將被破壞,嚴(yán)重影響其電化學(xué)性能。因此,新型陽(yáng)極薄膜的制 備成為全固態(tài)薄膜鋰電池研究的一個(gè)主要方向。另外,由納米粒子構(gòu)成的電極 材料在充放電速率、比容量、循環(huán)性能等方面與傳統(tǒng)電極相比均有顯著的改善 和提高。近年來(lái),用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池的納米薄膜電極的制備已成為國(guó) 內(nèi)夕卜研究的熱點(diǎn)。許多二元金屬氧化物如Fe304、 Mn304、 a-F&O^ MoOx、 WOx、 VOx等均 可與Li+發(fā)生嵌入反應(yīng)或形成合金,但其它的3d族金屬氧化物如Ti02 (金紅石 型)、Qi20以及MO(M二Mn, Fe, Co, Ni, Cu)等卻由于其結(jié)構(gòu)中不存在可供 鋰離子自由脫嵌的逾首,特別是上述M類金屬不能與金屬鋰形成合金,故長(zhǎng)期 以來(lái)一直被認(rèn)為不適合作為鋰離子電池的電極材料。最近,法國(guó)固體化學(xué)實(shí)驗(yàn) 室PoizDt等發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的MO不僅能與Li發(fā)生可逆電化學(xué)反應(yīng),而且具有較 高的比容量和良好的循環(huán)性能,經(jīng)多次循環(huán)后容量損失較小。MO的反應(yīng)機(jī)理 不同于傳統(tǒng)的鋰嵌入脫出反應(yīng)或者形成鋰合金,而是發(fā)生金屬氧化物與鋰的氧 化還原反應(yīng)。在首次放電過(guò)程中,鋰還原金屬氧化物形成金屬Ni和Li20納米顆粒,之后金屬M(fèi)顆粒在放電過(guò)程中又重im化生成氧化物納米顆粒,此氧化還原反應(yīng)為一可逆過(guò)程,從而保證了 MO作為陽(yáng)極材料的鋰離子電池的可再充 放性能。為了獲得高性能的可用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池陽(yáng)極的薄膜材料,研究人 員進(jìn)行了大量MO薄膜制備和電化學(xué)性質(zhì)方面的探索。就制備技術(shù)而言,氧化鎳薄膜的制備方法主要有濺射法、化學(xué)氣相沉積法、熱氧化法、噴霧熱解法、溶膠-凝膠法等。另外,還有報(bào)道采用脈沖激光沉積和電沉積等方法制備MO薄膜。其中,脈沖激光沉積制備薄膜時(shí)沉積、晶化、成型一次完成,沉積速率高, 反應(yīng)室無(wú)殘余熱,薄膜厚度容易控制,但進(jìn)行大面積沉積均勻薄膜具一定有困難。采用磁控、鵬寸法、化學(xué)氣相沉積和電沉積等方法制備MO薄膜,普遍存在 沉積速率低、成本高或難以大面積沉積薄膜等缺點(diǎn)。溶膠凝膠技術(shù)具有反應(yīng)^^低、反應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)產(chǎn)物粒度均一、尺寸小、 反應(yīng)過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn),與旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)技術(shù)相結(jié)合可大面積沉積 薄膜,該過(guò)程無(wú)需昂貴設(shè)備、易于操作、成本較低,最近幾年在功能薄膜的制 備方面受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。采用溶膠-凝膠法制備MO薄膜時(shí),絡(luò)合劑 的選擇十分重要。如以檸檬酸和已二醇為絡(luò)合劑,需在一定溫度下發(fā)生酯化反 應(yīng)形成聚合物方可合成溶膠,由于酯化反應(yīng)不易控制常導(dǎo)致溶月交性質(zhì)不穩(wěn)定, 對(duì)基片的潤(rùn)濕性差,不易保證MO薄膜的性能。如果直接以聚合物為齢齊鵬 可避免酯化過(guò)程,使陽(yáng)離子N產(chǎn)能夠充分與聚合物配位,以原子級(jí)水平均勻分 散在聚合物載體中,形成性能穩(wěn)定的溶膠,從而易于獲得性質(zhì)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)均勻 的NiO薄膜。在本發(fā)明之前,未發(fā)現(xiàn)直接以聚合物為絡(luò)合劑與鎳鹽和溶劑形成 溶膠,艦旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)獲得結(jié)晶完善、純度高、 顆粒分布均勻、可用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池陽(yáng)極的納米晶NiO薄膜的相關(guān)報(bào) 道。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一禾中NiO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法。該方法操作簡(jiǎn)單,沉積 速率高,可大面積制備薄膜;所得NiO薄膜電化學(xué)性能穩(wěn)定,可作為陽(yáng)極材料 應(yīng)用于全固態(tài)薄膜鋰離子電池。本發(fā)明的技術(shù)方案是直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑與醋酸鎳或硝勝臬以及乙醇, 異丙醇或去離子水形成穩(wěn)定的溶膠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處 理技術(shù)獲得NiO薄膜。本發(fā)明方法的具體步驟如下(1)合成穩(wěn)定的溶膠。稱 取一定量的鎳鹽(醋酸鎳或硝酸鎳)和聚丙烯酸于三口燒瓶中,攪拌使之充分 溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l,水浴加熱至65~85°C,回流l 3h,冷卻至室溫。 為調(diào)節(jié)溶膠的粘度,加入少量乙醇,異丙醇或去離子水,加熱并充分?jǐn)嚢?,?卻后即得綠色透明的溶膠。(2)旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)工藝制備溶膠膜。將表面清洗后的基片固定于勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中'iMi置,通過(guò)滴管將溶膠滴在基片中心,使其在lOOOrpm旋轉(zhuǎn)10s后在400(K6000rpm旋轉(zhuǎn)30s,在離心力作用下溶, 基片上充併甫展,獲得厚度均勻的溶膠膜。(3)熱處理過(guò)程。將上述的溶膠膜置 于干燥箱中,分別在110。C和200。C千燥2h,使其內(nèi)部的溶劑以及部分易于揮 發(fā)的有機(jī)物在階段被除去,從而獲得干凝膠膜。將干凝膠膜置于電阻爐中,升 溫速率l°C/min,在空氣或02氣氛中于400 700°C時(shí)保溫1 3h,隨爐冷卻到室 溫,即可獲得NiO薄膜。為了獲得一定厚度的MO薄膜,可在200。C千燥后, 重復(fù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)工藝,以此控帝礴膜厚度。本發(fā)明中,醋酸鎳或硝酸鎳與聚丙烯酸的摩爾比為1 2.5,去離子7jC,乙 醇或異丙醇的加入量為1 2L/mo1 (聚丙烯酸)。本發(fā)明中的聚丙烯酸的分子量為800 1000,分析純。本發(fā)明中基片可以是不銹鋼薄片,鍍金單晶硅片,鍍金氧化鋁陶瓷基片等。 本發(fā)明中溶膠膜的千燥過(guò)程可以在普通干燥箱,真空干燥箱等。 本發(fā)明中凝膠膜的熱處理可以是可通氣氛的箱式電阻爐,管式電阻爐等。 本發(fā)明中掃描電子顯微鏡(SEM,日本電子株式會(huì)社JSM-5610LV型)和 邀寸電子顯微鏡(TEM,日本日立H-800型)用于觀察薄膜的剖面以估計(jì)薄膜的 厚度;X射線光電子能譜(XPS,美國(guó)Perkin Elmer PHI 5000C型)、X射線能 譜(EDX,美國(guó)Philips XL30型)等用于表征薄膜的化學(xué)組成和薄膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中制備的薄膜結(jié)構(gòu)由X射線衍射儀(XRD,德國(guó)Bruker公司D8型) 確定。結(jié)果表明得至啲氧化鎳(MO)薄膜為晶形結(jié)構(gòu),在2e角為37.354。、43.281。、 62.862°、 75.390°和79.370。出現(xiàn)了衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于立方相NiO的(lll)、 (200)、 (220)、 (311)和(222)晶面的衍射,峰位置和強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)譜均十分吻合,表明產(chǎn)物 為具有立方晶體結(jié)構(gòu)的NiO薄膜。由SEM和TEM對(duì)MO薄膜測(cè)試表明所制備 的NiO薄膜由平均粒徑為2(K60nm的粒子組成,粒子分布均勻,薄膜表面無(wú) 針孔、無(wú)裂縫,薄膜與基片結(jié)合緊密。本發(fā)明中制備MO薄膜的電化學(xué)測(cè)i媒用兩電極體系,其中MO薄膜為工 作電極,高純Li片為對(duì)電極,電解液為德國(guó)Merck公司生產(chǎn)的1.0mol/l的LiPF6, 輸U(kuò)為EC+DMC (w/w=l/l)。模擬電池結(jié)構(gòu)為NiO | LiPF61 Li,電fik^備在Ar 氣氛保護(hù)的干燥手套箱中進(jìn)行。電池充放電測(cè)試在LAND電池測(cè)試儀(深圳金諾 電子有限公司CT2001A型)上進(jìn)行。在充放電電流密度10^iA/cm2、截止電壓電壓范圍0.01-3.0V測(cè)試^f牛下,首7^J文電比容量為747~913mAh/g, 100次充放 電循環(huán)后放比容量486~554mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1 %。 該MO薄膜貪姊(受較大的電流密度,如在充放電電流密度40^iA/cm2、截止電壓 電壓范圍0.01-3.0V ^f牛下,首次放電比容量為702 889mAh/g, 100次充放電 循環(huán)后放比容量447 511mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1%, 具有良好的循環(huán)性能。本發(fā)明提出的納米晶MO薄膜的制備方法,溶膠制備過(guò)程簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、 便于大面積沉積薄膜,該工藝過(guò)程成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單,易于獲得晶粒尺寸分布 均勻、結(jié)構(gòu)完整的納米晶MO薄膜,具有較高的比容量和良好的電化學(xué)循環(huán)性 能,可作為全固態(tài)薄膜鋰離子電池的陽(yáng)極材料。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。 實(shí)施例l直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑與硝酸鎳以及去離子水形成穩(wěn)定的溶膠,M旋轉(zhuǎn) -涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)獲得MO薄膜。稱取硝酸鎳0.05mol和 聚丙烯酸0.02mol于三口燒瓶中,攪拌使之充分溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l, 水浴加熱至85。C,回流lh,冷卻至室溫。為調(diào)節(jié)溶膠的粘度,加入40mL去離 子水于三口燒瓶中,加熱至5(fC并回流攪拌0,5h,冷卻后即得綠髓明的溶膠。 將經(jīng)表面清洗后的不銹鋼基片固定于上海凱美特陶瓷有限公司生產(chǎn)的KW-4A 型勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心位置,通過(guò)滴管將溶膠滴在基片中心,使其在1000rpm旋轉(zhuǎn) 10s后在4000rpm旋轉(zhuǎn)30s,在離心力作用下溶膠在基片上充爛展,獲得了厚 度均勻的溶膠膜。將溶膠膜置于普通千燥箱中,分別在UO。C和200°C千燥2h, 從而獲得干凝膠膜。將干凝膠膜置于管式電阻爐中,升溫速率l°C/min,在02 氣氛中于400°C時(shí)保溫3h,隨爐冷卻到室溫,獲得NiO薄膜。由XRD對(duì),薄S勢(shì)則試表明所制備的MO薄膜為晶體結(jié)構(gòu),熱處理后在29 角為37.354。、 43.281°、 62.862°、 75.390°禾卩79.370。出現(xiàn)了衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于立 方相MO的(lll)、 (200)、 (220)、 (311)和(222)晶面的衍射,峰位置和強(qiáng)度與標(biāo) 準(zhǔn)譜均十分吻合,表明產(chǎn)物為具有立方晶體結(jié)構(gòu)的MO薄膜。由SEM和TEM 對(duì)MO薄膜測(cè)試表明戶顧i」備的MO薄膜由平均粒徑為 20nm的粒子組成,粒 子分布均勻,薄膜表面無(wú)針 L、無(wú)裂縫,薄膜與基片結(jié)合緊密。以NiO薄膜為工作電極,高純Li片為對(duì)電極,電解液為德國(guó)Merck公司生 產(chǎn)的1.0mol/L的LiPF6,溶劑為EC+DMC(w/w^1/1),在Ar氣氛保護(hù)的干燥手 套箱中組對(duì)莫擬電池Ni。lLiPF6lLi。在充放電電流密度10一m2、截止電壓 電壓范圍0.01-3.0V測(cè)試條f牛下,首次放電比容量為747mAh/g, 100次充放電 循環(huán)后放比容量486mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1 %。該NiO 薄膜能承受較大的電流密度,如在充放電電流密度40^iA/cm2、截止電壓電壓范 圍0.01-3.0V條件下,首次放電比容量為702mAh/g, 100次充放電循環(huán)后放比 容量447mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1%,具有良好的循環(huán) 性能。實(shí)施例2直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑與硝酸鎳以及乙醇形成穩(wěn)定的溶膠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂 布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技^^得NiO薄膜。稱取硝^l臬0.05mol和聚 丙烯酸0.03mol于三口燒瓶中,攪拌使之充分溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l,水 浴加熱至75。C,回流l,5h,冷卻至室溫。為調(diào)節(jié)溶膠的粘度,加入40mL乙醇 于三口燒瓶中,力口熱至50。C并回流攪拌0,5h,冷卻后即得綠腿明的溶膠。將 經(jīng)表面清洗后的鍍金單晶硅基片固定于上海凱美特陶瓷有限公司生產(chǎn)的 KW-4A型勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心位置,通過(guò)滴管將溶膠滴在基片中心,使其在1000rpm 旋轉(zhuǎn)10s后在5000rpm旋轉(zhuǎn)30s,在離心力作用下溶膠在基片上充倂甫展,獲得 了厚度均勻的溶膠膜。將溶膠膜置于普通千燥箱中,分另贓U0。C和200°C干 燥2h,從而獲得干凝膠膜。將干凝膠膜置于管式電阻爐中,升溫速率l。C/min, 在O2氣氛中于500。C時(shí)保溫2,5h,隨爐冷卻到室溫,獲得NiO薄膜。由XRD對(duì)上述薄膜測(cè)試表明所制備的NiO薄膜為晶體結(jié)構(gòu),熱處理后在26 角為37.354。、 43.281。、 62.862°、 75.390。和79.370。出現(xiàn)了衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于立 方相MO的(lll)、 (200)、 (220)、 (311)和(222)晶面的衍射,峰位置和強(qiáng)度與標(biāo) 準(zhǔn)譜均十分吻合,表明產(chǎn)物為具有立方晶體結(jié)構(gòu)的NiO薄膜。由SEM和TEM 對(duì)NiO薄膜測(cè)試表明戶頎恪的NiO薄膜由平均粒徑為~35nm的粒子組成,粒 子分布均勻,薄膜表面無(wú)針 L、無(wú)裂縫,薄膜與基片結(jié)合緊密。以NiO薄膜為工作電極,高純Li片為對(duì)電極,電解液為德國(guó)Merck公司生 產(chǎn)的1.0mol/L的LiPF6,溶劑為EC+DMC(w/w^1/1),在Ar氣氛保護(hù)的干燥手 套箱中組裝模擬電池MOlLiPF6lLi。在充放電電流密度10^lA/cm2、截止電壓電壓范圍0.01-3.0V測(cè)試條件下,首次放電比容量為805mAh/g, 100次充放電 循環(huán)后放比容量521mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1 % 。該NiO 薄膜倉(cāng)^承受較大的電流密度,如在充放電電流密度40MA/cm2、截止電壓電壓范 圍0.01-3.0V ^{牛下,首次放電比容量為783mAh/g, 100次充放電循環(huán)后放比 容量493mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1%,具有良好的循環(huán) 性能。實(shí)施例3直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑與醋酸鎳以及乙醇形成穩(wěn)定的溶膠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂 布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)獲得NiO薄膜。稱取醋酸鎳0.05mol和聚 丙烯酸0.04mol于三口燒瓶中,攪拌使之充分溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l,水 浴加熱至75。C,回流L5h,冷卻至室溫。為調(diào)節(jié)溶膠的粘度,加入40mL乙醇 于三口燒瓶中,加熱至50°C并回流攪拌0.5h,冷卻后即得綠,明的溶膠。將 經(jīng)表面清洗后的鍍金氧化鋁陶瓷基片固定于上海凱美特陶瓷有限公司生產(chǎn)的 KW-4A型勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心位置,通過(guò)滴管將溶膠滴在基片中心,使絲1000ipm 旋轉(zhuǎn)10s后在5000rpm旋轉(zhuǎn)30s,在離心力作用下溶li^基片上充^Hi展,獲得 了厚度均勻的溶膠膜。將溶膠膜置于真空干燥箱中,分別在110°C和200°C干 燥2h,從而獲得干凝膠膜。將干凝膠膜置于箱式電阻爐中,升溫速率l。C/min, 在空氣氣氛中于600。C時(shí)保溫1.511,隨爐冷卻到室溫,獲得NiO薄膜。由XRD對(duì)上述薄膜測(cè)試表明所制備的NiO薄膜為晶體結(jié)構(gòu),熱處理后在26 角為37.354°、 43.281°、 62.862°、 75.390°和79.370。出現(xiàn)了衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于立 方相MO的(lll)、 (200)、 (220)、 (311)和(222)晶面的衍射,峰位置和強(qiáng)度與標(biāo) 準(zhǔn)譜均十分吻合,表明產(chǎn)物為具有立方晶體結(jié)構(gòu)的NiO薄膜。由SEM和TEM 對(duì)NiO薄膜測(cè)試表明所制備的MO薄膜由平均粒徑為45nm的粒子組成,粒 子分布均勻,薄膜表面無(wú)針孔、無(wú)裂縫,薄膜與基片結(jié)合緊密。以NiO薄膜為工作電極,高純Li片為對(duì)電極,電解液為德國(guó)Merck公司生 產(chǎn)的1.0mol/L的LiPF6,溶劑為EC+DMC(w/w^1/1),在Ar氣氛保護(hù)的干燥手 套箱中組裝模擬電池NiOlLiPF6lLi。在充放電電流密度10^lA/cm2、截止電壓 電壓范圍0.01-3.0V測(cè)試^f牛下,首次放電比容量為877mAh/g, 100次充放電 循環(huán)后放比容量554mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1 %。該MO 薄膜會(huì)瞎〈受較大的電流密度,如在充放電電流密度40^iA/cm2、截止電壓電壓范圍0.01-3.0V條件下,首次放電比容量為812mAh/g, 100次充放電循環(huán)后放比 容量511mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1%,具有良好的循環(huán) 性能。實(shí)施例4直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑與醋酸鎳以及異丙醇形成穩(wěn)定的溶膠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)獲得MO薄膜。稱取醋酸鎳0.05mol和 聚丙烯酸0.05md于三口燒瓶中,攪拌使之充分溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l, 水浴加熱至65。C,回流3h,冷卻至室溫。為調(diào)節(jié)溶膠的粘度,加入50mL異丙 醇于三口燒瓶中,加熱至50°(:并回流攪拌0.511,冷卻后即得綠色透明的溶膠。 將經(jīng)表面清洗后的不銹鋼基片固定于上海凱美特陶瓷有限公司生產(chǎn)的KW-4A 型勻膠機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)中心位置,通過(guò)滴管將溶膠滴在基片中心,使其在1000rpm旋轉(zhuǎn) 10s后在6000rpm旋轉(zhuǎn)30s,在離心力作用下溶膠在基片上充^l甫展,獲得了厚 度均勻的溶膠膜。將溶膠膜置于真空千燥箱中,分別在110。C和200。C千燥2h, 從而獲得干凝膠膜。將干凝膠膜置于箱式電阻爐中,升溫速率l。C/min,在空氣 氣氛中于700°C時(shí)保溫lh,隨爐冷卻到室溫,獲得NiO薄膜。由XRD對(duì)上述薄膜測(cè)試表明所制備的MO薄膜為晶體結(jié)構(gòu),熱處理后在20 角為37.354°、 43.281°、 62.862°、 75.390°和79.370。出現(xiàn)了衍射峰,分別對(duì)應(yīng)于立 方相NiO的(lll)、 (200)、 (220)、 (311)和(222)晶面的衍射,峰位置和強(qiáng)度與標(biāo) 準(zhǔn)譜均十分吻合,表明產(chǎn)物為具有立方晶體結(jié)構(gòu)的MO薄膜。由SEM和TEM 對(duì)MO薄膜測(cè)試表明戶満恪的NiO薄膜由平均粒徑為40nm的粒子組成,粒 子分布均勻,薄膜表面無(wú)針孔、,縫,薄膜與基片結(jié)合緊密。以NiO薄膜為工作電極,高純Li片為對(duì)電極,電解液為德國(guó)Merck公司生 產(chǎn)的1.0mol/L的LiPF6,溶劑為EC+DMC(wAv^1/1),在Ar氣氛保護(hù)的千燥手 套箱中組裝模擬電池NiO I LiPF61 Li。在充放電電流密度10nA/cm2、截止電壓 電壓范圍0.01-3.0V測(cè)試條件下,首次放電比容量為913mAh/g, 100次充放電 循環(huán)后放比容量505mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1 % o該NiO 薄膜倉(cāng)練受較大的電流密度,如在充放電電流密度40^iA/cm2、截止電壓電壓范 圍0.01-3.0V ^f牛下,首次放電比容量為889mAh/g, 100次充放電循環(huán)后放比 容量467mAh/g,循環(huán)穩(wěn)定后每次放電比容量損失低于0.1%,具有良好的循環(huán) 性能。
權(quán)利要求
1、一種NiO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是直接以聚丙烯酸為絡(luò)合劑,與醋酸鎳或硝酸鎳以及乙醇,異丙醇或去離子水合成穩(wěn)定的溶膠,通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)制備NiO薄膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1戶艦的一種MO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是: 醋酸鎳或硝酸鎳與聚丙烯酸的摩爾比為1 ~ 2.5,乙醇,異丙醇或去離子水的加 入量為l~2L/mol (聚丙烯酸)。
3、 根據(jù)權(quán)禾腰求1戶臓的一種MO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征 是所述溶膠的合成過(guò)程為將醋酸鎳或硝酸鎳和聚丙烯酸于三口燒瓶中,攪拌 使之充分溶解,加硝酸調(diào)節(jié)pH值為l, 7jC浴加熱至65 85°C,回流l 3h,冷卻 至室溫;加入少量去離子水、乙醇或異丙醇,加熱并充分?jǐn)嚢?,冷卻后即得綠 色透明的溶膠。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1戶脫的一種MO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是: 所述的旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)工藝為將經(jīng)表面清洗后的基片固定于勻膠機(jī)轉(zhuǎn) 盤(pán)上,溶膠滴在基片中心,使其在1000rpm旋轉(zhuǎn)10s后在4000~6000rpm旋轉(zhuǎn) 30s,獲得厚度均勻的溶膠膜。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NiO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是: 所述的熱處理工藝為將溶膠膜置于^^燥箱中分別在U0。C和200°C ^P燥2h,獲 得干凝膠膜;將干l^交膜置于電阻爐中,升溫速率l。C/min,在空氣或02氣氛 中于40(K700。C時(shí)保溫l 3h,隨爐冷卻至室溫,獲得NiO薄膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2戶腿一種MO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是 所述的聚丙烯酸的分子量為800~1000,為分析純。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4 0M的一種NiO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是: 所述的基片為不銹鋼薄片,鍍金單晶硅片,鍍金的氧化鋁陶瓷基片。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5戶誠(chéng)的一種MO納米晶陽(yáng)極薄膜的制備方法,其特征是: 所述的干燥箱為普通干燥箱,真空干燥箱;所述的電阻爐為通氣氛的箱式電阻 爐,管式電阻爐。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種直接以聚合物——聚丙烯酸為絡(luò)合劑與醋酸鎳或硝酸鎳以及乙醇、異丙醇或去離子水形成穩(wěn)定的溶膠,然后通過(guò)旋轉(zhuǎn)-涂布(spin-coating)并結(jié)合熱處理技術(shù)制備NiO薄膜的方法。該方法操作過(guò)程簡(jiǎn)單、溶膠性質(zhì)穩(wěn)定,設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝成本低,沉積速率高且可大面積獲得厚度均勻的薄膜。獲得的NiO薄膜為顆粒尺寸分布均勻、結(jié)構(gòu)完整的納米晶,具有較高的比容量和良好的電化學(xué)循環(huán)性能,可作為全固態(tài)薄膜鋰離子電池的陽(yáng)極材料。
文檔編號(hào)H01M4/04GK101320796SQ200810140548
公開(kāi)日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者文九巴, 朱新偉, 李洛利, 萇清華, 羽 蔡, 許榮輝, 趙勝利 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)