專利名稱：一種全固態鋰微電池正極薄膜及制備方法
技術領域：
本發明公開了一種全固態鋰微電池用LiNi1-xCoxO2正極薄膜及制備方法。它屬于電化學和電子產品應用技術領域。
背景技術：
全固態鋰微電池是近幾年發展起來的新型微電池，其原因在于隨著微電子器件、動態隨機儲存器、微傳感器、微電機械系統、植入體內的醫用器件等系統朝著超微型化方向發展，對電源的要求不再以追求功率和電流為主，迫切要求有體積小、重量輕、比容量高的微型電源與之相匹配。全固態薄膜鋰微電池具有機械強度高，不含易燃和易揮發成分，不存在漏液等安全問題，而且這類電池具有超長的儲存壽命，適合做各類微電子產品的支撐電源。全固態薄膜鋰微電池性能受正極薄膜材料性能的影響較大，正極薄膜材料通常為過渡金屬氧化物，而獲得價廉，高性能的復合氧化物正極材料薄膜是發展全固態薄膜鋰微電池的關鍵。目前，正極材料薄膜的制備方法主要有射頻磁控濺射法，脈沖激光沉積法、化學氣相沉積(CVD)法等。這些制膜手段中，涉及昂貴的儀器設備，制膜成本高，或者制膜工藝復雜，制得薄膜性能不佳等。
發明內容
本發明的目的在于將LiNi1-xCoxO2材料用于全固態薄膜鋰微電池用正極薄膜，并提供一種制備全固態薄膜鋰微電池用LiNi1-xCoxO2正極薄膜的方法。該方法避免了目前有關專利文獻中正極薄膜制備成本高，工藝復雜，制得薄膜的性能不佳等缺點，使正極薄膜制備工藝大大簡化；制備的正極薄膜致密，且具有較好的電化學性能；可制得較大面積的薄膜。
本發明的目的是這樣實現的本發明的全固態薄膜鋰微電池用正極薄膜的材料為LiNi1-xCoxO2，x的值為0≤x＜1.0。
所說的全固態薄膜鋰微電池用正極薄膜的制備方法，該方法是以乙酰丙酮鋰，乙酰丙酮鎳，或乙酰丙酮鎳和醋酸鈷為原料，按所制備的LiNi1-xCoxO2中Ni和Co的摩爾比，及Li/(Ni+Co)的摩爾比為1.00～1.05∶1.00準確稱量各原料，溶于醋酸和醇類的摩爾比為1∶1的混合溶劑中制成溶膠，將溶膠涂敷在具有Pt、Au表面的基體上制得凝膠薄膜，所得凝膠薄膜在350～400℃的平板電爐上蒸發溶劑并將Li、Ni和Co的有機鹽分解，制成氧化物薄膜。將氧化物薄膜置于高溫燒結爐中，在氧氣氛下，650～750℃退火10～60min，即得具有α-NaFeO2層狀結構的LiNi1-xCoxO2，x的值為0≤x＜1.0薄膜。根據需要制得薄膜厚度，可將“勻膠→加熱→退火”過程重復多次，直到要求的膜厚度為止。
所說的溶膠涂敷的方法采用勻膠法(spin coating).。
所說的醇類包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙二醇及所說醇的兩種和兩種以上的混合醇。
經測試，制得的LiNi1-xCoxO2薄膜致密性好、均勻、且具有較好的電化學性能。相對于鋰參比電極的放電電位在4.15～3.50V之間，可用于全固態鋰微電池正極薄膜。
與已有技術相比，本發明制備的LiNi1-xCoxO2正極薄膜具有以下幾個顯著特點1制備的LiNi1-xCoxO2薄膜致密、均勻，具有α-NaFeO2層狀結構；2薄膜的比容量高、循環性能好；3可制得較厚、較大面積的薄膜；4工藝、設備簡單，易于掌握，成本低。
下面結合實例對本發明作進一步說明具體實施方式
實施例1LiNi0.80Co0.20O2薄膜制備準確稱取Li(CH3COCH2COCH2)0.5817g，Ni(CH3COCH2COCH2)2·4H2O 1.2722g，Co(CH3COO)2·4H2O 0.2705g，溶入10ml叔丁醇和6.1ml醋酸的混合溶劑中，完全溶解后制成溶膠。采用勻膠的方法將所制得的溶膠涂敷在經過打磨、拋光的Pt基體上，制得凝膠薄膜。勻膠轉速為3000轉/分，勻膠時間為30秒。將所得凝膠薄膜在平板電爐上于400℃溫度加熱5min，使溶劑蒸發，并將Li、Ni、Co的有機鹽分解成氧化物薄膜。將氧化物薄膜置于高溫燒結爐中，在氧氣氛下，700℃溫度退火60分鐘，即得具有α-NaFeO2層狀結構的LiNi0.80Co0.20O2薄膜。重復“勻膠→加熱→退火”過程9次，經測試所得薄膜的厚度為0.5μm。在50μA/cm2電流、3.0～4.2V電壓范圍內，以濃度為1mol/l LiClO4/EC+DMC(碳酸乙烯酯+碳酸二甲酯1∶1體積比)為電解液，對電極為鋰片，所制得的LiNi0.80Co0.20O2薄膜首次放電容量達58.4μAh/cm2·μm，50次循環之后，放電容量為45.6μAh/cm2·μm，顯示其良好的循環性能。
實施例2LiNiO2薄膜制備準確稱取Li(CH3COCH2COCH2)0.5817g，Ni(CH3COCH2COCH2)2·4H2O 1.5903g，溶入10ml叔丁醇和6.1ml醋酸的混合溶劑中，完全溶解后制成溶膠。采用勻膠的方法將所制得的溶膠涂敷在經過打磨、拋光的Pt基體上，制得凝膠薄膜。勻膠轉速為3000轉/分，勻膠時間為30秒。將所得凝膠薄膜在平板電爐上于380℃溫度加熱5min，使溶劑蒸發，并將Li、Ni、Co的有機鹽分解成氧化物薄膜。將氧化物薄膜置于高溫燒結爐中，在氧氣氛下，750℃溫度退火60分鐘，即得具有α-NaFeO2層狀結構的LiNiO2薄膜。重復“勻膠→加熱→退火”過程9次，經測試所得薄膜的厚度為0.5μm。在50μA/cm2電流、3.0～4.2V電壓范圍內，以1M LiClO4/EC+DMC(1∶1體積比)為電解液，對電極為鋰片，所制得的LiNiO2薄膜首次放電容量達49.4μAh/cm2·μm，50次循環之后，放電容量為30.5μAh/cm2·μm。
權利要求
1.一種全固態薄膜鋰微電池用正極薄膜。其特征是該薄膜材料為LiNi1-xCoxO2，x的值為0≤x＜1.0。
2.權利要求1所說的全固態薄膜鋰微電池用正極薄膜的制備方法，其特征是該方法是以乙酰丙酮鋰，乙酰丙酮鎳，或乙酰丙酮鎳和醋酸鈷為原料，按所制備的LiNi1-xCoxO2中Ni和Co的摩爾比，及Li/(Ni+Co)的摩爾比為1.00～1.05∶1.00準確稱量各原料，溶于醋酸和醇類的摩爾比為1∶1的混合溶劑中制成溶膠，將溶膠涂敷在具有Pt、Au表面的基體上制得凝膠薄膜，經過350～400℃預分解，再在650～750℃溫度，氧氣氛中退火10～60min即得一層LiNi1-xCoxO2薄膜。重復該制備過程，直到所需薄膜厚度為止。
3.按權利要求2所說的制備方法，其特征是溶膠涂敷的方法采用勻膠法。
4.按權利要求2所說的制備方法，其特征是所說的醇類包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、2-甲氧基乙二醇及所述醇的兩種和兩種以上的混合醇。
全文摘要
本發明公開了一種全固態鋰微電池LiNi
文檔編號H01M4/08GK1655381SQ20051001835
公開日2005年8月17日 申請日期2005年3月9日 優先權日2005年3月9日
發明者劉韓星, 朱先軍, 甘小燕, 胡晨, 曹明賀, 羅大兵, 歐陽世翕 申請人:武漢理工大學