[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0027] 按照本发明一个优选实施例的锂离子电池正极材料的制备方法,其具体包括如下步骤:
[0028] 1)以高纯锂盐例如LiOH·H2O(优选纯度99.9%),镍盐例如NiO(优选纯度99.99%),锰盐例如MnO2(优选纯度99.9%)为原料,按照Li、Ni、Mn摩尔比1.5:0.5:1.5称取一定量的以上原料,然后放入球磨罐内,加入适量去离子水,球磨8小时并烘干。
[0029] 本实施例中优选的锂盐、镍盐和锰盐分别为LiOH·H2O、NiO和MnO2,但本发明中并不限于此,实际上一般锂盐、镍盐和锰盐或相应盐的混合物均可使用,例如锂盐可以为氢氧化锂,碳酸锂,氧化锂中的一种或几种,镍盐可以为氧化镍,氢氧化镍,碳酸镍中的一种或几种,锰盐为二氧化锰,氢氧化锰,碳酸锰中的一种或几种。
[0030] 本实施例中优选的Li、Ni、Mn摩尔比为1.5:0.5:1.5,但实际上本发明中并不限于此,实际上Li、Ni、Mn摩尔比可以为其他比例,例如在一个实施例中Li、Ni、Mn摩尔比为1.4:0.5:1.5,另一个实施例中Li、Ni、Mn摩尔比为1.6:0.5:1.5。本发明中Li、Ni、Mn摩尔比优选是Li:Ni:Mn=(1.4-1.6):0.5:1.5。
[0031] 将锂盐高过量40-60%,可以补偿高温烧结以及PLD制膜过程中因锂挥发产生的缺陷,从而使得制备的薄膜材料结晶晶型良好、厚度均匀,使得其电化学性能优良。
[0032] 2)再将混合物烘干,置于研钵中研磨1-2小时,然后在马弗炉内以5℃/min的速率升温至750℃,恒温预烧20小时,降至室温。
[0033] 实际上,本发明中,预烧过程中马弗炉恒温温度可以在700℃-800℃范围内,预烧时间20-30小时均可,马弗炉升温速率可以在3-10℃/min。
[0034] 3)将预烧后的样品研磨0.5-1小时,加入适量粘合剂,继续研磨0.5-1小时后,在30MPa的压力下压成靶材,在马弗炉内以5℃/min的速率升温至1000℃,恒温烧结12小时,得到致密靶材。
[0035] 如图1所示,XRD测试结果表明靶材为尖晶石结构的正极材料,其峰型尖锐,背底平整,无任何杂质峰出现,说明靶材的晶型优良。
[0036] 实际上,本发明中,靶材压片压力不限于上述值,例如可以为25-35Mpa,另外,马弗炉恒温烧结的温度可以在1000℃-1100℃范围内,烧结时间可以在12-24小时,具体根据实际情况进行选择。
[0037] 4)将形成的靶材放入真空室内,利用不锈钢基片与靶材距离为4-5cm,用分子泵将真空泵抽到2×10-3Pa,经三次氧气清洗后保持氧压为25Pa,基片温度升至750℃。开启准分子激光器(在一个实施例中优选是KrF准分子激光器),优选其频率为10Hz,激光器能量密度设为2J/cm2,调整凸透镜使激光聚焦在靶材表面,产生的等离子体向外发射至基片上。
[0038] 如图2所示,XRD测试结果表明薄膜材料的主峰(111)峰形尖锐,无任何杂质峰,说明薄膜晶性完好,结晶性高。
[0039] (5)保持温度、氧压不变原位退火1-3小时,形成薄膜,即可作为锂离子电池正极材料。
[0040] 将所述得到的正极材料组装成标准的薄膜锂离子电池,其具有优良的电化学性能。
[0041] 图3为电池在3.0-4.9V电压范围内,以0.2C恒电流充电下,分别以0.2C、0.5C、1C、2C、5C、10C、0.2C放电的放电曲线,可以看到750℃所制备的薄膜材料放电比容量显著增加,大电流放电能力大幅提升,在0.2C,0.5C,1C间变化时,750℃下制备的薄膜电极材料放电容量依次出现了增强的台阶,大大优于650℃所制备的薄膜电极材料,而从1C到10C倍率间变化时逐渐出现小幅度的容量衰减,最后当放电倍率重新恢复到0.2C时,容量再次大幅回升至首轮0.2C放电容量水平,说明薄膜结构稳定,具备较强的循环可逆性和大电流放电能力。
[0042] 本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。