一种提高全固态薄膜二次锂离子电池正极与电解层薄膜界面的方法与流程

本发明涉及一种提高全固态薄膜二次锂离子电池正极与电解层薄膜界面的方法。

背景技术：

全固态薄膜二次锂离子电池由于采用了固态电解质取代传统的液态电解质，因而其安全性得到了完全的保证。但是固态电解质的离子导电性较差，尤其是与正极氧化物材料接触界面很差，使得固态二次锂离子电池的输出性能如电流和容量较差。为了进一步改善正极材料与薄膜电解质的接触性能，人们也采用多种方法如采用聚合物离子导电材料夹层作为过渡层。另一方面，为了克服固态电解质较低时离子传到的局限性，在制造固态薄膜电池过程要求将电解质薄膜做的尽量薄。因此，为了保证电解质薄膜在正极材料表面均匀沉积，就必须要求预先制备的正极材料的待沉积面有良好的光洁度。

技术实现要素：

本发明先采用流延成型或者压制成型烧结的方法，将锂离子电池的正极材料制备成具有一定厚度的致密基片，基片厚度范围是10～200um，然后采用等离子体技术或者化学机械抛光(cmp)的办法将正极材料基板的一个表面进行处理，接着采用磁控溅射的方法在处理过的表面再沉积一层3～10um厚的同成分正极材料，接着再采用等离子体对表面进行蚀刻处理，从而获得理想的表面低缺陷浓度的基板表面，该技术发明对进一步在正极材料表面制备超薄均匀的固体电解质及对提升全固态薄膜二次锂离子电池的输出特性有很大的帮助。

本发明的技术方案：

一种提高全固态薄膜二次锂离子电池正极与电解层薄膜界面的方法，步骤如下：

(1)将二次锂离子电池的正极材料在400～850℃温度条件下制备成致密的正极材料基片，厚度为10～200um；

(2)将上述制备的正极材料基片放入到等离子体发生源腔室内，采用ar、h2或o2中的一种与含f代合物相结合的等离子体源，控制等离子体的功率为90～150kw，对正极材料基片的一面进行扫描轰击蚀刻，蚀刻时间为0.5～3个小时；或采用cmp的方法对正极材料基片表面处理，表面的光洁度由处理时间和抛光剂种类决定；

所述的抛光剂为金刚石、氮化硅或氧化铝悬浊液；

(3)在上述处理过的光滑表面上原位生长一层与正极材料基片同成分的正极材料薄膜，用以填充正极材料基片经过抛光而暴露的微孔；

(4)再原位采用等离子体进行表面蚀刻处理，或采用cmp进行表面处理，从而获得具有良好光洁度的表面，为下一步沉积超薄均匀的固体电解质层提供良好的衬底表面。

本发明的有益效果：本发明的方法可以进一步改善电解薄膜在正极材料基板的均匀性，从而进一步减小电解质薄膜沉积厚度，提高全固态薄膜二次锂离子电池的输出电流密度及快速充放电特性。

附图说明

图1是抛光处理前的正极材料基片sem图。

图2是抛光处理后的正极材料基片sem图。

具体实施方式

以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

采用lini1/3co1/3al1/3o2为正极材料，将licoo2制备成浆料后，采用流延极将licoo2浆料流延成10微米的基片，然后在400℃进行热处理后形成致密的正极材料基片。将所制备的正极材料基片放入等离子处理设备腔室，所使用的等离子体的功率为90kw，采用o2与含f代合物相结合的等离子体源，对licoo2基片的一面进行扫描轰击蚀刻，蚀刻时间为0.5小时。然后再原位采用磁控等离子体溅射的方法在被蚀刻的正极材料基片沉积，与正极材料组成一样的薄膜，溅射功率110kw进行。溅射1小时。溅射完成后，再采用等离子体蚀刻表面，蚀刻0.5小时，获得平整光滑的正极材料表面。

实施例2

采用lini1/3co1/3al1/3o2为正极材料，将licoo2制备成浆料后，采用流延极将licoo2浆料流延成200微米的基片，然后在850℃之间进行热处理后形成致密的正极材料基片。将所制备的正极材料基片放入等离子处理设备腔室，所使用的等离子体的功率为150kw，采用ar与含f代合物相结合的等离子体源，对licoo2基片的一面进行扫描轰击蚀刻，蚀刻3小时。然后再原位采用磁控等离子体溅射的方法在被蚀刻的正极材料基片沉积，与正极材料组成一样的薄膜，溅射功率150kw进行。溅射3小时。溅射完成后，再采用等离子体蚀刻表面，蚀刻1小时，获得平整光滑的正极材料表面。

实施例3

采用lini0.6co0.2mn0.2o2(lncm)正极材料，采用在实施例1中所使用的方法制备致密的正极材料基片，接着将正极材料基片固定在化学机械抛光机上进行cmp的抛光。抛光剂使用金刚石，cmp抛光1小时，然后再采用实施例1中的磁控溅工艺在该抛光过的表面沉积一层lncm，然后再采用等离子体蚀刻表面，蚀刻0.5小时，获得光滑的正极材料表面。

实施例4

采用lini0.6co0.2mn0.2o2(lncm)正极材料，采用在实施例2中所使用的方法制备致密的正极材料基片，接着将正极材料基片固定在化学机械抛光机上进行cmp的抛光。抛光剂使用氧化铝悬浊液，cmp抛光2小时，然后再采用实施例1中的磁控溅工艺在该抛光过的表面沉积一层lncm，然后再采用等离子体蚀刻表面，蚀刻3小时，获得光滑的正极材料表面。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种提高全固态薄膜二次锂离子电池正极与电解层薄膜界面的方法，先将二次锂离子电池的正极材料制备成致密基片然后采用等离子体技术或化学机械抛光方法将基片的一个表面进行处理，接着采用磁控溅射的方法在处理过的表面再沉积一层同成分正极材料，接着再采用等离子体对表面进行蚀刻处理，从而获得理想的表面低缺陷浓度的基片表面。本发明的方法可以进一步改善电解薄膜在正极材料基片的均匀性，从而进一步减小电解质薄膜沉积厚度，提高全固态薄膜二次锂离子电池的输出电流密度及快速充放电特性。

技术研发人员：李晓干;薛文东;奚伊;刘炜
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2018.10.09
技术公布日：2019.02.01