基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池。所述的二次电池采用等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料为正极，所述的等离子体复合含锂半导体材料为具有等离子体效应的纳米材料掺杂含锂半导体材料所得，且具有等离子体效应的纳米材料与半导体材料具有完全重合或部分重合的光响应范围。正极捕获入射光，并在正极表面产生等离子体来增加外部使用电子总数，提高电池的比容量。本发明专利技术的二次电池在等离子体增强作用下，能有效降低电池界面抗阻，增加电极材料的电子电导率，从而提高电池容量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池


[0001]本专利技术属于二次电池电池
，涉及一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池。

技术介绍

[0002]可充电锂离子电池已广泛应用于各种便携式电子产品，然而随着锂离子电池在工业应用中增长迅速，对其能量密度和功率输出的需求越来越高。现有的电化学储能技术，从成本、工艺、效果等因素综合衡量，还无法满足实际需求。
[0003]钴酸锂(LiCoO2)作为一种性能优异的正极材料，具有高达273.8mAh/g的理论比容量。但是当电压大于4.25V时，LiCoO2结构发生变化，性能迅速衰减。由于晶体结构不稳定，LiCoO2材料只能发挥50％的实际容量。通过对LiCoO2进行掺杂或包覆的改性，可以提高电池的容量以及稳定性。Erchao Meng等人通过纳米银的多重协同作用，LiCoO2/Ag相对应的有序
‑
无序跃迁信号，LiCoO2几乎没有观察到，这意味着长时间循环后，高电压下LiCoO2的结构可能被破坏，从而导致电化学极化增加，容量降低和电压衰减。结果表明，Ag添加剂可延缓LiCoO2中不可逆的相变。使LiCoO2/Ag正极通过增强Li离子扩散、电子传输和改善结构稳定性，表现出优异的比容量，以及纳米Ag所实现的倍率性能。LiCoO2的初始放电比容量通过在3.0
‑
4.5V之间引入100mA
·
g
‑1(～0.7C)的纳米Ag，可将其增加12％，并在100次循环后，放电比容量提高了52％。此外，当电流密度增加到2000mA
·
g
‑1时，LiCoO2/Ag的比容量保持率达到62％，高于52％的LiCoO2(Erchao Meng，Bihui Jin，You Hu，et al.Superior lithium ion storage perfprmance of LiCoO
2 cathode at 4.5V enabled by the multiple synergistic effect of nano
‑
silver[J].Journal of the Electrochemical Society)。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池，该电池能在等离子体增强作用下，有效降低电池界面抗阻，增加电极材料的电导率，从而提高电池容量。
[0005]本专利技术所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池，采用等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料作为正极，所述的等离子体复合含锂半导体材料为具有等离子体效应的纳米材料掺杂含锂半导体材料所得，所述的具有等离子体效应的纳米材料与含锂半导体材料具有完全重合或部分重合的光响应范围，且二次电池的正极壳设有光学窗口或正极薄膜的基底具有透光性，使得当透过光学窗口或正极薄膜的基底的入射光子的频率与正极内的等离子体振荡频率相同时，增强对入射光的吸收作用，在吸收光谱区域中的局域表面形成等离子体共振，以在正极产生等离激元诱导的共振能量转移，产生电子
‑
空穴对，电子转移至负极形成光电流；通过光生电子与二次电池本身的叠加作用，使释放为外部使用的电子的总数增加，提升二次电池的比容量。
[0006]本专利技术中，采用等离子体复合含锂半导体材料作为二次电池正极时，当等离激元
能量高于含锂半导体材料的带隙时，增强正极中的光吸收，实现光照宽带吸收，促进正极内部电子、离子的传输以及电极/电解质界面的电荷转移，提高正极的效率。本专利技术中，所述的具有等离子体效应的无锂半导体材料为本领域常规使用的具有等离子体效应的无锂材料，例如五氧化二钒(V2O5)、氧化钼(MoO3)、氧化钨(WO3)等。
[0007]在本专利技术具体实施方式中，采用的具有等离子体效应的半导体材料为MoO3。
[0008]本专利技术中，所述的含锂半导体材料为本领域常规使用的具有半导体特性的含锂材料，例如磷酸铁锂(LiFePO4)、钴酸锂(LiCoO2)以及锰酸锂(LiMn2O4)等。
[0009]本专利技术中，所述的具有等离子体效应的纳米材料为本领域常规使用的具有等离子体效应的纳米材料，例如金属或其相应的金属氧化物，具体可以为金(Au)、银(Ag)、钌(Ru)、铜(Cu)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)或其相应的金属氧化物等。
[0010]具体地，本专利技术中，所述的等离子体复合含锂半导体材料为掺杂Ag纳米颗粒的LiCoO2、掺杂Au纳米颗粒的LiCoO2、掺杂Ru纳米颗粒的LiCoO2。
[0011]在本专利技术具体实施方式中，采用的等离子体复合含锂半导体材料为掺杂Ag纳米颗粒的LiCoO2。
[0012]优选地，所述的等离子体复合含锂半导体材料中，具有等离子体效应的纳米材料的氧化物或盐的掺杂量为0.5wt.％～5wt.％。
[0013]本专利技术中，所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池的正极为薄膜状或者片状，入射光照射到正极时，等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料表面激发等离子体，通过增加外部使用电子总数以提高二次电池比容量。
[0014]本专利技术中，所述的具有透光性的基底为本领域常规的制备电池正负极时使用的基底，例如体型固态电池使用的网状正极集流体、固态薄膜电池使用的FTO导电玻璃等。网状正极集流体具有网状结构，入射光透过正极壳的光学窗口照射到集流体上的等离子体复合半导体材料表面或自身具有等离子效应的无锂半导体材料。FTO导电玻璃具有透光性，入射光直接透过FTO导电玻璃照射到等离子体复合半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料表面。
[0015]本专利技术中，所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池的正极采用本领域常规使用的方法制备相应形态的正极，例如将等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料、粘结剂和导电剂按比例混合后均匀涂敷在网状正极集流体表面制作片状正极，或者将等离子体复合半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料磁控溅射到FTO导电玻璃表面，溅射沉积薄膜状正极。
[0016]具体地，所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池的正极的制备方法，包括以下步骤：
[0017]在具有透光性的基底表面修饰等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料，得到正极；其中等离子体复合含锂半导体材料通过以下步骤制备：
[0018]将含锂半导体材料与具有等离子体效应的金属纳米材料的前驱体混合均匀，然后煅烧获得等离子体复合含锂半导体材料，所述的具有等离子体效应的金属纳米材料的前驱体为具有等离子体效应的金属的氧化物或盐；
[0019]或将含锂半导体材料与具有等离子体效应的金属氧化物纳米材料直接混合，获得等离子体复合含锂半导体材料。
[0020]本专利技术中，所述的基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池类型为本领域常规类型的二次电池，例如固态薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光辅助的等离子增强光电性能二次电池，其特征在于，采用等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体材料作为正极，所述的等离子体复合含锂半导体材料为具有等离子体效应的纳米材料掺杂含锂半导体材料所得，所述的具有等离子体效应的纳米材料与含锂半导体材料具有完全重合或部分重合的光响应范围，且二次电池的正极壳设有光学窗口或正极薄膜的基底具有透光性。2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述的具有等离子体效应的无锂半导体材料为五氧化二钒、氧化钼或氧化钨；所述的含锂半导体材料为磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂；所述的具有等离子体效应的纳米材料为金、银、钌、铜、钴、镍、钛或其相应的金属氧化物。3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述的等离子体复合含锂半导体材料为掺杂Ag纳米颗粒的LiCoO2、掺杂Au纳米颗粒的LiCoO2或掺杂Ru纳米颗粒的LiCoO2。4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述的等离子体复合含锂半导体材料中，具有等离子体效应的纳米材料的氧化物或盐的掺杂量为0.5wt.％～5wt.％。5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，正极为薄膜状或者片状，所述的具有透光性的基底为体型固态电池使用的网状正极集流体或固态薄膜电池使用的FTO导电玻璃。6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，正极通过以下方法制备：将等离子体复合含锂半导体材料或自身具有等离子效应的无锂半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐璟，陈滢滢，夏晖，夏求应，昝峰，耿浩，贾春，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：