[发明专利]一种用于锂离子电池的三磷化四锡阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属电化学技术领域，具体涉及一类用于锂离子电池的阴极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是笔记本电脑、照相机、手机以及其它通讯器材的重要电源，而且有可能作为绿色能源用于汽车和其它交通工具。目前市售的锂离子电池主要由碳基阴极材料，有机液体电解质和含锂的过渡金属氧化物阴极材料所组成。为了进一步提高锂离子电池的性能，人们正在研究、寻找比碳基阴极材料性能更好的新型的阴极材料。此外，随着微电子器件的小型化，迫切要求开发与此相匹配的锂离子电池，例如薄膜锂离子电池等。

发明内容

本发明的目的在于提出一类性能良好的锂离子电池阴极材料及其制备方法。

本发明提出的锂离子电池阴极材料，是一种具有斜方六面体结构的三磷化四锡(Sn₄P₃)材料。经研究表明，此类材料具有良好的电化学性能，可作为高性能锂离子电池的阴极材料。目前为止没有关于薄膜化的三磷化四锡(Sn₄P₃)用作锂离子电池阴极材料的报道。本发明提出的作为锂离子电池阴极材料的三磷化四锡(Sn₄P₃)为薄膜形式，其薄膜材料的厚度为0.2-1μm。

本发明还提出了前述锂离子电池阴极材料的制备方法，具体介绍如下：

作为锂离子电池阴极材料的三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜可采用反应性脉冲激光沉积法制备，具体步骤为：将磷粉和锡粉研磨混合后压片制成脉冲激光沉积所用的靶，其中磷粉的物质的量为锡粉的1-2倍，由掺钕钇铝榴石激光器产生的1064nm基频经三倍频后获得355nm脉冲激光，激光束经透镜聚焦后入射到上述靶上，靶子和基片的距离为25-50mm，在氩气气氛中在基片上沉积得到三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜，基片可采用不锈钢片、铂片或镀金单晶硅片，基片温度为300-600℃。薄膜的沉积时间由薄膜厚度要求确定，一般为0.2-1.0小时。薄膜厚度可由扫描电镜测定，薄膜的重量根据电子天平称量实验前后基片重量作差得到。

本发明中，三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜的晶体结构由X-射线衍射仪(Bruker D8 Advance)确定。X-射线衍射图谱表明由脉冲激光反应沉积法制得的三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜为多晶斜方六面体的结构。由扫描电镜(Philips XL30)测定表明，由脉冲激光反应沉积法制得的三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜表面光滑并伴有一些细小裂痕。

本发明中，三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜可直接制成锂离子电池薄膜电极。

本发明中，三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜电极的电化学性能测试采用由三电极组成的电池系统，其中，三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜用作工作电极，高纯锂片分别用作为对电极和参比电极。电解液为1M LiPF₆+EC+DMC(V/V＝1/1)。电池装配在充氩气的干燥箱内进行。电池的充放电实验在蓝电(Land)电池测试系统上进行。

本发明中，由脉冲激光反应性沉积法在不锈钢片等基片上制得的三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜电极均具有充放电性能，第一次放电反应的放电平台出现在0.6和0.3V(相对于Li⁺/Li)，第二次放电过程与第一次放电过程相比，不可逆放电容量损失为18.4％，在电压范围0-3V和电流密度5μA/cm²时，三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜电极的比容量在前20次循环内保持在552mAh/g。

上述性能表明，三磷化四锡(Sn₄P₃)是一类新型的阴极材料，可应用于锂离子电池。

附图说明

图1为三磷化四锡(Sn₄P₃)薄膜的XRD谱图。图中星号表示不锈钢基片的衍射峰，方括号内的是衍射峰的晶面指标。

具体实施方式

实施例