基于WS2层片状纳米阵列结构的高容量锂离子电池及其制备方法与流程

文档序号:13708046阅读:来源:国知局
技术特征:
1.基于WS2层片状纳米阵列结构的高容量锂离子电池及其制备方法,其特征在于,所述电池采用WS2层片状纳米阵列结构作为阳极材料;所述制备方法利用热蒸发技术直接蒸发三氧化钨和硫粉末在镀有钨膜的导电基片上合成和生长高纯度、高密度的WS2层片状纳米阵列结构,并将其直接用作锂离子电池的阳极,然后和金属锂片阴极、电解液、隔膜、外壳一起在真空手套箱内组装得到锂离子电池,包括以下步骤和内容:(1)在双温区真空管式炉中,将分别装有分析纯WO3粉和S粉的氧化铝陶瓷坩埚放置在高温加热区炉中央区域,相距3-4mm,在其气流下游距离装有WO3粉的坩埚14mm处低温加热区放置表面镀有W膜的导电基片;(2)在加热前,先用真空泵对整个系统抽真空至10-2Pa以下,然后向系统中通入高纯氩气做载气和保护气,并重复3次,以排除系统中的残余氧气;然后将高温加热区以5℃/min速率升温到1050℃,将低温加热区以10℃/min速率升温到700-810℃,并保温0.5-2.5小时;在加热过程中,在真空泵持续工作的前提下通入载气并保持载气流量为180-220标准立方厘米每分钟(sccm),且整个加热过程在惰性载气保护下完成,最后自然降温到室温,即可在导电基片上得到垂直于基片表面生长的WS2层片状纳米阵列结构;(3)将在导电基片上垂直于基片表面生长的WS2层片状纳米阵列结构直接作为锂离子电池的阳极,分析纯金属锂片做阴极,迅速与电解液、隔膜、外壳等放置进入真空手套箱中进行组装;(4)在组装前,先对整个真空手套箱抽真空,然后向其中通入高纯氩气或氮气做保护气,并至少重复3次,以排除系统中的空气;然后将生长有WS2层片状纳米阵列结构的阳极放入电池外壳中,加入电解液,再依次放入隔膜和金属锂片,盖上外壳;(5)将电池进行密封,密封后的锂离子电池不漏液、不漏气、不漏电;(6)对电池进行外包装。2.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,其中所用基片为高金属掺杂硅片、铜箔、金箔、银箔、铂箔之中的一种,基片上W膜厚度为50-200nm;所述步骤(2)中高纯氩气纯度在99.99vol.%以上;所述步骤(2)中,高温加热区以5℃/min速率升温到1050℃,低温加热区以10℃/min速率升温到700-810℃,并保温0.5-2.5小时;所述步骤(2)中,在加热过程中,在真空泵持续工作的前提下通入载气并保持载气流量为180-220标准立方厘米每分钟(sccm),且整个加热过程在惰性载气保护下完成。3.按照权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中的锂离子电池的电解液由电解质和机溶剂组成,其中电解质为六氟磷酸锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂之一种;有机溶剂为碳酸乙烯酯(EC),EC和碳酸二甲酯(DMC)的混合溶液,EC和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶液,EC、DMC和碳酸甲基乙基酯(EMC)的混合溶液之一种;锂电池中的隔膜为聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚偏氟乙烯多孔膜、纤维素复合薄膜之一种;若采用固体和凝胶电解质,则同时发挥电解液和隔膜的作用,此时固体电解质材料可为锂磷氧氮化合物、Li0.5La0.5TiO3或聚合物电解质之一种;锂离子电池的外壳为高绝缘硬质材料;所述步骤(4)中,高纯氩气或氮气的纯度在99.99vol.%以上;所制备的WS2层片状纳米阵列结构锂离子电池外观上为扣式、柱式、箱式或全固态薄膜电池。
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