薄膜锂电池及薄膜电极材料研究进展

水热法制备LiCoxNi1—xO2薄膜材料关键词：锂离子电池正极材料水热法一、引言锂离子电池因其具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。

本文采用水热法来制备薄膜作为锂电池的正极材料，期望达到降低材料制备成本的目的。

由于水热法整个反应过程都是在特制的密闭容器（高压壶）中完成，且无有害气体放出，因而无污染，能耗低。

并对这些材料进行了充放电性能测试，利用x射线图分析了材料的结构，并讨论了结构对其性能的影响。

二、试验部分1.试验器材及药品1.1器材电子天平、真空泵、磁力搅拌器、超声波清洗器、玻璃烧杯、聚四氟乙烯烧杯、容量瓶、玻璃棒、布氏漏斗、抽滤瓶、量筒、洗瓶等1.2 药品硫酸镍、氢氧化钠、硫代硫酸钠、次氯酸钠、过氧化氢、氢氧化锂2.试验步骤2.1 钴基片的处理将18mm×10mm×0.3mm的高纯金属钴片（纯度99.8%，北京有色金属研究院）得到光洁且具有表面活性的电极片以备电化学反应使用。

去氧化皮→超声波除油→超声波清洗→混酸浸泡→超声波清洗→自然干燥→活性基片2.2 含nio2-离子溶液的配制准确称取反应所需的一定量硫酸镍与氢氧化钠，分别溶于煮沸后冷却的二次蒸馏水中配制成溶液，将硫酸镍溶液慢慢滴入氢氧化钠溶液中，并不断搅拌，生成氢氧化镍沉淀，反复洗涤沉淀多次，直至干净。

再以一定比例准确称量氢氧化钠，溶于煮沸后冷却的二次蒸馏水中配制成溶液后，将前面制取的氢氧化镍沉淀溶解，再加入64ml ρ=1.16g/ml的次氯酸钠溶液后使其充分反应，最后用容量瓶配制成1000ml的nio2-溶液。

2.3 lioh溶液的配制配制时，先准确称量试验中所需一定质量的粉末，然后将其快速倒入煮沸后冷却的二次蒸馏水中，快速准确地定位到所需刻度，密封后进行搅拌使之充分溶解。

分别向三个烧杯中加入2ml1mol/lna2s2o3溶液，10ml含-离子的溶液，然后再向其中一个烧杯中加入溶液，并且标记为2号烧杯，向另一个烧杯中加入2mlnaclo溶液，标记为3号烧杯，最后剩下的什么都没有加的烧杯标记为1号。

锂离子电池电解液及隔膜材料技术进展苏州市质量技术监督局张春野引言电解液是锂离子电池的重要组成部分,它在电池中承担着正负极之间传输电荷的作用。

对电池的工作温度、比能量、循环效率、安全性等主要性能有着重要的影响。

常用的电解液有水系电解液和有机电解液。

在传统电池中，电解液均采用以水为溶剂的电解液体系，由于许多物质在水中的溶解性较好，而且人们对水溶液体系物理化学性质的认识已很深入，故电池的电解液选择范围很广。

但是，由于水系电解液的理论分压只有1.23V，因此以水为溶剂的电解液体系的电池的电压最高也只有2V左右（如铅酸蓄电池）。

锂离子电池电压高达3~4V，传统的水溶液体系已不在适应电池的需要，而必须采用非水电解液体系作为锂离子电池的电解液。

因此，对高电压下不分解的有机溶剂和电解质的研究是锂离子电池开发的关键。

隔膜也是电池中一个必不可少的部件，用来将电池的正负极活性物质隔开，避免电池短路。

它本身并不参与电化学的贮能过程。

隔膜有两个功能：（1）避免正负极间任何电子流直接通过；（2）要求电子流通过时阻力尽可能的小。

因此，选择多孔的非导体为隔膜材料。

1.锂离子电池电解液从相态上，锂离子电池电解液可分为液体、固体和熔融盐电解质。

锂离子电池采用的电解液是在有机溶剂中溶有电解质锂盐的离子型导体。

锂离子电池电解液需要满足以下条件：（1）锂离子电导率高。

在一定温度范围内，电导率要达到（3×10-3）~(2×10-2)S/cm （2）电化学窗口大，即电化学性能在较宽的范围不发生分解反应。

（3）电解质的可用液态范围宽，在-40~70℃范围内均为液态。

（4）热性能稳定，在较宽的范围内不发生分解反应。

（5）化学稳定性高，即与电池体系的电极材料如正极、负极、集电体、隔膜、胶粘剂等基本上不发生反应。

（6）最大可能促进电极可逆反应的进行。

（7）没有毒性，使用安全。

（8）容易制备，成本低。

1.1有机溶剂1.1.1有机溶剂所需条件在锂电池体系中，有机溶剂应在相当低的电位下稳定或不与金属锂反应，而且要求极性高，能溶解足够的锂盐，得到高的电导率。

锂离子电池的研究进展综述锂离子电池的研究进展刘文 2015200807近十年以来，通过对新电极材料和新存储机理的开发研究，基于锂的可重复充电电池技术得到了飞跃发展，电池性能不断提高。

得益于纳米技术的不断探索发现，传统电池材料存在的许多重难点基础问题极有希望得到解决。

一、纳米技术致力于解决传统电池领域的哪些重大问题？1. 体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎传统嵌入式电极材料在充放电过程中的体积变化较小。

而对于新型的高容量电极材料而言，由于充放电过程中，大量Li物种嵌入和脱嵌，发生巨大的体积变化。

经过多次循环之后，活性颗粒和电极材料会开裂和破碎，影响电学传导，并造成容量降低，最终导致电池失效，大大缩短了电池的使用寿命。

据报道，合金型负极材料的体积膨胀率中，Si为420%，Ge和Sn为260%，P为300%。

而传统的石墨负极只有10%。

图1. 活性颗粒和电极材料在充放电过程中开裂和破碎的过程硅极负极的解决方案纳米材料一个天然优势就在于，其尺寸较小，可以在颗粒和电极层面上有效抵抗力学上的破坏。

高容量电极材料有一个基本参数，叫做临界破碎尺寸。

这个参数值取决于材料的反应类型（譬如合金反应，转化反应）、力学性能、结晶度、密度、形貌以及体积膨胀率等一系列参数。

而且，电化学反应速率对于颗粒的开裂和破碎影响重大，充放电速率越快，产生的应力就越大。

当颗粒尺寸小于这个临界尺寸时，锂化反应引起的应力就能得到有效控制，从而缓解颗粒的的开裂和破碎行为。

研究表明，Si纳米柱的临界尺寸是240-360 nm，Si纳米线的临界尺寸是300-400 nm，这一区间范围主要是受到电化学发宁速率的影响。

晶化Si纳米颗粒的临界尺寸大约是150 nm。

图2. Si纳米线负极材料可以适应应力的影响因此，颗粒的破碎问题可以通过使用低于临界尺寸的各种纳米结构材料来实现，譬如纳米柱、纳米线、纳米颗粒、纳米管、纳米棒、以及纳米复合材料等。

至于电极的破碎问题主要是采用一系列胶粘方法将Si纳米颗粒粘结在集流器上实现。

锂电池的研究进展摘要：锂离子电池由于比能量高和使用寿命长,已成为便携式电子产品的主要电源。

尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂的电解质溶液的电化学性能。

用循环伏安法和交流阻抗技术研究了Li/有机电解液/LiMn2O4电池的电化学行为,综述了锂离子电池正极材料LiMn2O4的制备、结构及其电化学性能。

采用溶胶-凝胶法和旋转涂布工艺,在较低的退火温度(450e)下制备了尖晶石型LiMn2O4薄膜。

关键词：正极材料; 电化学性能 ;薄膜1前言作为锂离子电池电解质溶液的主体成分,溶剂的组成和性质影响和决定着LiMn2O4正极材料的宏观电化学性能。

电解质溶液的电导率大小、电解质溶液在电极表面的氧化电位以及电解质溶液对电极材料活性物质的溶解性都在不同程度上直接影响LiMn2O4电极材料的容量、寿命、自放电性能和倍率充放电性能[。

近年来,寻找合适的电解质溶液组分,以进一步改善和提高LiMn2O4正极材料的电化学性能正在引起人们越来越广泛的关注。

系统地研究溶剂组成对LiMn2O4正极材料电化学性能的影响,探讨影响LiMn2O4正极材料电化学性能电解质溶液因素,进一步明确新型电解质溶液体系的优化目标,将为LiMn2O4正极材料在锂离子电池工业中的广泛应用奠定基础。

本文使用恒电流充放电和粉末微电极的循环伏安方法研究了尖晶石LiMn2O4正极材料在不同混合溶剂体系的电解质溶液中的电化学性能。

结合溶剂组分和电解质溶液的理化特性,详细探讨了影响LiMn2O4正极材料电化学性能的溶剂因素及其影响机制。

锂离子电池正极材料的选择是锂离子电池电化学性能的关键。

作为正极材料的嵌锂化合物是锂离子电池中锂的/存库0,它应满足:(1)在所要求的充放电电范围内,具有与电解质溶液的电化学相容性;(2)温和的电极过程动力学;(3)高度的可逆性;(4)全锂化状态下在空气中的稳定性。

目前研究较多的是层状的LiMO2和尖晶石型LiM2O4(M=Co、Ni、Mn、V等过渡金属离子)。

242材料导报2008年5月第22卷专辑X全固态薄膜锂离子电池负极和电解质材料的研究进展*曹乾涛，吴孟强，张树人(电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054)摘要全固态薄膜锂离子电池是锂离子电池的最新研究领域，薄膜化的负极、电解质材料是全固态薄膜锂离子电池的重要组成部分。

主要对碳基材料、锡基材料、硅基材料、合金等全固态薄膜锂离子电池负极材料和电解质薄膜材料近几年来的研究状况进行了综述，并展望了其发展趋势。

关键词全固态锂离子电池负极材料电解质材料薄膜R ese a r ch Pr ogr es s i n A nodes a nd El ect r ol yt es f or A l l。

s ol i d-。

st at e，nli n F i l m L i-i on B at t er i esC A O Q i ant ao，W U M engqi ang，ZH A N G Shur en(St at e K e y L a bora t or y of E l ect r oni c Thi n F i l m s and I nt eg r at ed D ev i ces，U n i ver si t y of E l ect r oni c Sci ence a ndTechnol ogy of C hi na，C he ngdu610054)A bs t ract A l bs ol i d-st at e t hi n f i l m l i t h i t m a-i on bat t er i es have bec om e t he ne w est f il ed i n t he devel o pm em ofl i t hi u r w i on bat t er i e s．T hi n f i l m anodes and el ect r o l yt es have be e n t her e f or e t he i m por t ant pa r t s．T he r ec ent r e sear c h pr ogr es s i nt he el ect m l”e m at er i al s and t he t hi n f i l m a node m at er i al s i nc l udi ng car b on-based，t i n-b ased，si l i con-ha sed m at er i al s and al l oys i s re vi ewed，and t he pr ospe ct s ar e al s o pr e sent ed i n t his pape r．K ey w or ds al l-sol i d-s t at e，t i t hi m n-i on bat t er i es，anode m at eri al s，el ect rol yt e m at eri al s，t hi n f i l m s0引言全固态薄膜锂离子电池拥有较当前锂离子二次电池更小的尺寸、更高的能量密度、更长的循环寿命及更高的可靠性，目前在低电流元件的应用上备受青睐，将成为锂离子电池发展领域的一朵奇葩。

锂离子电池隔膜的研究进展一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护压力的加大，锂离子电池作为一种高效、环保的能源储存与转换装置，在电动汽车、便携式电子产品以及可再生能源系统等领域的应用越来越广泛。

而作为锂离子电池中的关键组件之一，隔膜的性能对电池的安全性和电化学性能具有重要影响。

因此，对锂离子电池隔膜的研究进展进行综述，对于推动锂离子电池技术的进一步发展具有重要意义。

本文首先介绍了锂离子电池隔膜的基本结构和功能，阐述了隔膜在电池中的作用及其重要性。

然后，重点回顾了近年来锂离子电池隔膜在材料、结构和制备工艺等方面的研究进展，包括无机隔膜、有机隔膜和复合隔膜等不同类型的隔膜材料，以及纳米技术、表面改性等先进制备工艺的应用。

本文还讨论了锂离子电池隔膜研究面临的主要挑战和未来发展趋势，如提高隔膜的机械强度、热稳定性和离子透过性等。

通过综述锂离子电池隔膜的研究进展，本文旨在为相关领域的研究人员提供全面的参考和借鉴，促进锂离子电池技术的不断创新和发展，为推动可持续能源利用和环境保护做出贡献。

锂离子电池隔膜是电池内部的一种关键组件，其主要功能是在正负极之间提供一个物理屏障，防止电池在工作过程中发生短路和燃爆。

隔膜还需要允许电解液中的离子通过，以保证电池的正常充放电过程。

隔膜的材料通常需要具备良好的化学稳定性、高的机械强度、优秀的热稳定性和低的离子电阻。

目前，商业化的锂离子电池隔膜主要由聚烯烃材料（如聚乙烯、聚丙烯）制成，这些材料在电解液中具有良好的化学稳定性。

一些先进的隔膜还采用了多层结构、纳米涂层、陶瓷涂覆等技术，以提高其性能。

隔膜的性能对锂离子电池的性能有重要影响。

理想的隔膜应该具有高的孔隙率、合适的孔径和孔径分布，以提供足够的离子通道。

同时，隔膜的厚度、机械强度、热稳定性等也需要与电池的其他组件相匹配，以保证电池的安全性和长寿命。

近年来，随着锂离子电池在电动汽车、储能系统等领域的大规模应用，对隔膜的性能要求也越来越高。

新型锂电池的研究进展和应用前景随着移动设备的普及和汽车的电动化，锂电池已经成为当今最重要的能源储存技术之一。

在过去的几十年中，锂电池实现了快速的发展和大规模应用。

然而，传统的锂离子电池仍面临着容量密度低、充放电速度慢以及安全性等问题。

为了克服这些问题，研究人员一直在探索和开发新型锂电池材料。

本文将综述新型锂电池的研究进展和应用前景。

一、固态电解质锂电池固态电解质锂电池是一种新型的锂电池，其电解质是固态材料。

相对于液态电解质锂电池，固态电解质锂电池具有更高的安全性、更长的寿命、更高的能量密度和更快的充放电速度。

目前，固态电解质锂电池已成为国内外学术界和工业界的研究热点。

在固态电解质锂电池领域，材料的研究和开发是主要的研究方向。

研究人员已经发掘了许多潜在的固态电解质材料，如钙钛矿结构材料、硫化物、氧化物和聚合物等。

例如，研究人员发现了一种新型的氧化物电解质材料Li10GeP2S12，其具有高离子传导率、低晶体缺陷和良好的化学稳定性，因此具有很高的应用前景。

此外，许多国际著名的材料研究中心和企业也投入了大量的研发资源，在固态电解质锂电池领域取得了很多瞩目的成果。

固态电解质锂电池的应用前景非常广阔。

一方面，固态电解质锂电池可以用于电动汽车、无人机和智能手机等移动设备。

另一方面，固态电解质锂电池还可以应用于新能源输电和储能系统。

因此，固态电解质锂电池的发展前景非常广阔。

二、钠离子电池相比较锂离子电池，钠离子电池由于其材料来源广泛、成本低、容量大等优点而备受关注。

在过去的几年中，钠离子电池的研究也得到了广泛关注。

钠离子电池的基本结构与锂离子电池类似，但是钠离子电池的电极材料和电解质都不同于锂离子电池。

在钠离子电池中，钠离子在充放电过程中与电极和电解质相互作用。

目前，钠离子电池的关键技术是电极材料和电解质的开发。

在钠离子电池领域，研究人员已经通过计算设计和化学筛选等手段，发现了许多潜在的电极材料，如金属氧化物、过渡金属硫化物、钠空穴型材料、钠离子磷酸盐材料等。

- -432010年第12期（总第147期）NO.12.2010（CumulativetyNO.147）China Hi-Tech Enterprises摘要：电子产品小型化、微型化、集成化成为当今技术发展的大趋势，从而需要电池的微型化。

微电池在未来便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统 （MEMS ）等方面有着广泛的应用前景， 受到人们的重视。

文章介绍了全固态薄膜锂电池的原理和结构，以及阴极薄膜的制备技术，展望了全固态薄膜锂电池的应用前景。

关键词：微电池；全固态薄膜锂电池；阴极薄膜；溅射法；脉冲激光沉积法；电子束蒸发法中图分类号：TM911 文献标识码：A 文章编号：1009-2374 （2010）12-0043-03全固态薄膜锂电池及其阴极薄膜材料制备技术梁 科（中国民航飞行学院航空工程学院电子教研室，四川 广汉 618307）电子产品小型化、微型化、集成化成为当今技术发展的大趋势，从而需要电池的微型化。

微电池在未来便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统 （MEMS） 等方面有着广泛的应用前景， 受到人们的重视。

目前，国内外积极开展研究的微电池系列有:锂电池、锌镍电池、太阳能电池、燃料电池等。

其中全固态薄膜锂电池由于具有重量轻、体积小、循环寿命长、能量密度高、使用温度范围宽和安全性能好等优点已成为目前研究的热点。

全固态薄膜锂电池主要由阴极膜、阳极膜和电解质膜构成，其电池性能的主要决定于阴极材料的性能，所以薄膜锂电池的性能也取决于阴极薄膜的性能。

近年来，如何成功获得性能优良的阴极材料成为热门前沿课题之一，美国、日本、韩国、英国、欧共体等一些大公司和研究机构纷纷致力于阴极膜研究和开发。

本文旨在介绍全固态薄膜锂电池结构和原理，并总结阴极薄膜的制备技术，以期为全固态薄膜锂电池的研究提供参考。

一、全固态薄膜锂电池的结构和原理电池的结构也极大地影响着电池的性能，它密切关系到电池的容量和Li + 离子的传输速率。

锂离子电池隔膜研究与发展现状摘要:当前随着我国的经济科技全面发展，不断进步，近年来锂电池设备和电动行业全面发展，全球范围各行业加强了对锂电池的需求应用，这种发展趋势和发展理念直接带动我国锂电池产业与电池隔膜行业全面发展，不断进步。

在这种发展理念背景下，相关人员需要不断的对新型技术全面研究，提出科学的管理制度，并且在不断学习的范围内加强对新型锂电池隔膜生产技术全面创新，对现有的油墨生产环境和生产形式全面优化，从根本上提高我国隔膜生产质量。

对于我国锂电池隔膜生产环境以及发展趋势起到有效的促进作用。

关键词:锂电池隔膜；发展状况；电池行业；发展分析当前隔膜对于锂电池的生产形式和生产技术相对来说都比较重要，通常被称为电池膜和离子分离膜等，这些是新能源产业链中十分关键的技术。

锂电池隔膜的实际生产和发展对我国现代化新能源汽车来说具有重要的核心影响。

性能比较优异的隔膜不仅会对政府离子短路的离离子的传导情况造成影响，同时对充电以及温度过高时也具有自闭性，技术人员可以通过这种应用方式可以更加有效的防止电流出现异常，从而会导致爆炸的情况，发挥出隔膜自身的优势，能够提升我国现代化电力行业发展。

1当前隔膜的实际生产需求隔膜系统在安全性和稳定性以及通过性方面具有较高的要求，在现代化各模生产应用过程中最重要的一项内容是为电池提供更加安全的隔膜，较好的绝缘性系统，这样可以有效的避免按正负极接触断路，能够有效避免被外界物质引发短路的情况发生，所以在钢管系统设备生产之前不仅要具备相应的强度，同时需要具备一定的拉伸性能。

在突发高温的状态下，要从根本上保持自身尺寸的稳定性，要避免由于浓缩而导致大面积的电池出现热失控各种情况。

在应用状态下，隔膜还需要给锂电池提供充足的放电功能，在应用中需要具备较多的孔隙率。

对数据信息参数进行控制时，整体体现是电池的电导率。

对于应用在新能源的汽车上，动力电池安全性和密度相对来说整体比较高，相关技术人员需要加强对整体性能进行全面的优化。

全固态薄膜锂电池及其阴极薄膜材料制备技术电子产品小型化、微型化、集成化成为当今技术发展的大趋势,从而需要电池的微型化。

微电池在未来便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统 (MEMS) 等方面有着广泛的应用前景, 受到人们的重视。

目前,国内外积极开展研究的微电池系列有:锂电池、锌镍电池、太阳能电池、燃料电池等。

其中全固态薄膜锂电池由于具有重量轻、体积小、循环寿命长、能量密度高、使用温度范围宽和安全性能好等优点已成为目前研究的热点。

全固态薄膜锂电池主要由阴极膜、阳极膜和电解质膜构成,其电池性能的主要决定于阴极材料的性能,所以薄膜锂电池的性能也取决于阴极薄膜的性能。

近年来,如何成功获得性能优良的阴极材料成为热门前沿课题之一,美国、日本、韩国、英国、欧共体等一些大公司和研究机构纷纷致力于阴极膜研究和开发。

本文旨在介绍全固态薄膜锂电池结构和原理,并总结阴极薄膜的制备技术,以期为全固态薄膜锂电池的研究提供参考。

一、全固态薄膜锂电池的结构和原理电池的结构也极大地影响着电池的性能,它密切关系到电池的容量和Li+ 离子的传输速率。

最优化的构件方式是组成高性能薄膜锂电池的重要条件。

图1给出了典型的薄膜锂电池的结构型,主要部分是阴极模、固体电解质膜和阳极膜。

可以通过某种基底(如单晶硅片)上依次沉积阴极电流收集极、阴极膜、固体电解质膜、阳极膜、阳极电流收集极构成简单的薄膜锂电池。

除了电流收集端(通常用导电金属附着在基片表面制备)以外,全固态薄膜锂电池的阴极、阳极、电解质都是以固态薄膜的形式依次参差附着,并且外部以绝缘的保护层包裹。

锂电池原理上是一种锂离子浓差电池,固态薄膜锂电池的正、负两极通常由两种锂离子嵌入化合物或聚合物组成。

充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极,放电时则相反。

如图2所示: 在锂电池的充、放电过程中,锂离子处于从正极→负极→正极的运动状态。