一种原子层沉积修饰的锂离子电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原子层沉积（Atomic Layer Deposition，ALD）修饰的锂离子电池及其制备方法，本发明专利技术公开的原子层沉积修饰的锂离子电池正、负极活性物质材料至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成；或者正、负极极片至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子蓄电池；特别涉及一种原子层沉积修饰的锂离子电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子蓄电池自从1991年商业化以来，以其高比能量、高工作电压、低自放电效率和无记忆效应等优点，吸引了广泛的关注目光。目前锂离子蓄电池已经广泛应用于交通、通信、能源等多个领域。但是运用于空间领域时，现有的锂离子电池的循环稳定性和耐高温性不能满足空间工作环境的要求。
技术实现思路
本专利技术解决的问题时，现有的锂离子电池的循环稳定性和耐高温性不够好，为解决所述问题，本专利技术提供一种原子层沉积修饰的锂离子电池及其制备方法。本专利技术提供的原子层沉积修饰的锂离子电池的正、负极活性物质材料至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成；或者正、负极极片至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成。进一步，所述修饰层的材料包括：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种。进一步，采用原子层沉积工艺形成的修饰层的厚度为10-350个沉积循环。本专利技术还提供所述的原子层沉积修饰的锂离子电池的制备方法，包括：步骤一、采用原子层沉积(ALD)工艺，在正、负极活性材料至少择一的表面沉积修饰层；步骤二、采用所述正、负极活性材料分别制备正、负极极片。进一步，所述修饰层的材料包括：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种。本专利技术还提供所述的原子层沉积修饰的锂离子电池的制备方法，包括：步骤一、采用原子层沉积工艺，在正、负极至少择一电极的表面沉积修饰层；步骤二、采用所述正、负极制备锂离子电池。进一步，所述修饰层的材料包括：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种进一步，沉积工艺包括：腔体内气压为1-2Pa、温度50℃-230℃，前躯体的脉冲时间设置为5~30ms，前躯体的冲洗时间设置为5~30s，载气流量10-30SCCM。本专利技术的有益效果包括：（1）高稳定性电极/电解液界面：基于原子层沉积修饰技术，构建了稳定了电极/电解液界面层，提升了电池的高温及循环稳定性。（2）原子层沉积薄膜厚度精确可控：由沉积的循环次数决定，即可以通过控制反应周期数精确控制薄膜的厚度，从而达到原子层厚度精度的薄膜；原子层沉积具有成膜性好、生长温度低、结晶性好、化学成分可控、厚度易控等优点而备受关注，可以用于电极材料的纳米化修饰。附图说明图1是本专利技术实施例提供的原子层沉积修饰的锂离子电池倍率放电曲线；图2是本专利技术实施例提供的原子层沉积修饰的锂离子电池极片热稳定性；图3是本专利技术实施例提供的原子层沉积修饰的锂离子电池高温循环性能。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有锂离子电池的循环稳定性和高温特性不够好；专利技术人针对所述问题进行研究，认为是由于正、负极片与电解液的界面性能对锂离子电池的性能产生影响，稳定的纳米表面层是解决界面影响的一个途径。ALD生长过程是通过选择性交替把不同的前驱体暴露于基片的表面，在表面化学吸附并反应而形成沉积薄膜。与传统的化学气相沉积技术CVD相比，ALD技术要求严格地执行交替脉冲前驱体，以避免气相反应的过程。由于具有简单、可重复、保形性好以及膜厚度在纳米尺度可调等优势。专利技术人将ALD技术应用于锂离子电池技术，在本专利技术中提供一种原子层沉积修饰的锂离子电池及其制备方法。下文中，结合附图和实施例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术实施例提供的锂离子电池包括正、负极极片、隔膜、电解液、外包装。所述正、负极极片中择一表面采用ALD形成修饰层；所述修饰层的材料选择：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种。本专利技术另一个实施例中，先在正、负极活性材料中的任意一种，或者两种的表面采用ALD工艺形成修饰层，再采用包含修饰层的活性材料制备正极极片和负极极片中的一种或者两种；所述修饰层的材料选择：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种。所述原子层沉积修饰层厚度为10-350个沉积循环。所述的正极活性物质选择镍基三元及其改性材料，镍钴二元正极改性材料，高压钴酸锂，富锂材料及其改性材料中的任意一种或多种；该负极活性物质选择中间相碳微球，高容量石墨，硅基材料中的一种或多种。本专利技术第一实施例提供所述原子层沉积修饰的锂离子电池的制备方法，包含步骤一、采用原子层沉积(ALD)工艺，在正、负极活性材料至少择一的表面沉积修饰层；步骤二、采用所述正、负极活性材料分别制备正、负极。制备正极的步骤包括：将N-甲基吡咯烷酮（NMP）和聚偏二氟乙烯（PVDF）混合搅拌一定时间，再加入正极导电剂，最后加入原子层修饰的正极活性材料或未修饰的正极活性材料，将上述浆料涂覆于铝箔表面，烘干即可得到正极；制备负极包括：将羧甲基纤维素钠（CMC）与蒸馏水进行混合搅拌一定时间，加入负极导电剂，然后加入原子层修饰的负极活性物质或未修饰的负极活性物质，最后加入丁苯橡胶（SBR），将所得的浆料涂覆到铜箔表面，烘干即可得到负极。步骤三：将所得的正极和负极辊压成一定的厚度，冲切成一定大小的极片，然后将正极极片和负极极片交替堆积，中间用隔膜隔开，最后将所有的正极极耳焊接在一起引出正极极耳，负极极耳焊接在一起引出负极极耳。此时得到电池电芯。步骤四：将上述电芯用铝塑膜进行包装，且进行烘烤除去水分。步骤五：向上述的电芯中注入一定的电解液，并封口搁置一定时间。步骤六：对电池进行充放电，并进行抽真空出去气体。步骤七：电池以小电流进行充电，以大电流进行放电。本专利技术第二实施例还提供所述的原子层沉积修饰的锂离子电池的制备方法，包括：步骤一、采用原子层沉积工艺，在正、负极至少择一电极的表面沉积修饰层；步骤二、采用所述正、负极制备锂离子电池。进一步，沉积工艺包括：腔体内气压为1-2Pa、温度50℃-500℃，比如100℃、180℃；前躯体的脉冲时间设置为5~30ms，前躯体的冲洗时间设置为5~30s，比如采用TMA和H2O作为前驱体，前驱体的脉冲时间均设置为10ms，TMA的冲洗时间设置为10s，H2O的冲洗时间设置为15s，载气流量10-30SCCM。实施例1将60克N-甲基吡咯烷酮和3克聚偏二氟乙烯混合搅拌直至10分钟之内混合液的粘度变化小于3%，再加入1克粒径小于5微米的微球形超导炭黑、1g管长小于100微米的碳纳米管和1克鳞片状导电石墨搅拌至10分钟之内混合物粘度变化小于3%，最后加入94克经过原子层表面修饰了25个循环的LiNi0.80Co0.15Al0.05O2材料，搅拌直至10分钟之内混合物粘度变化小于5%，然后将上述固液混合物涂覆于铝箔上，100℃真空干燥24小时后得到正电极。将100克蒸馏水和1.5克羧甲基纤维素钠混合搅拌直至10分钟之内混合液的粘度变化小于3%，然后加入3克粒径小于5微米的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原子层沉积修饰的锂离子电池，其特征在于，正、负极活性物质材料至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成；或者正、负极极片至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成。

【技术特征摘要】
1.一种原子层沉积修饰的锂离子电池，其特征在于，正、负极活性物质材料至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成；或者正、负极极片至少择一表面形成有修饰层，所述修饰层采用原子层沉积工艺形成。2.依据权利要求1所述的原子层沉积修饰的锂离子电池，其特征在于，所述修饰层的材料包括：Al2O3，SiO2，RuO2，CeO2，MgO，SrTiO3，TiO2，ZrO2，AlF3，CaF2，MgF2，SrF2，ZnF2中的一种或多种。3.依据权利要求1所述的原子层沉积修饰的锂离子电池，其特征在于，采用原子层沉积工艺形成的修饰层的厚度为10-350个沉积循环。4.权利要求1至3中任意一项所提供的原子层沉积修饰的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括：步骤一、采用原子层沉积工艺，在正、负极活性材料至少择一的表面沉积修饰层；步骤二、采用所述正、负极活性材料分别制备正、负极极片。5.依据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海涛，周欣彬，谢朝香，简德超，田文生，王可，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31