5wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为0.8Pa，Ar与He的气压比为10:3，派射沉积时间为40min ；
[0151](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度800°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火6小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0152]测得正极材料薄膜中He原子的含量为19.1at %，所装配电池的放电容量为98mAh/g，50次循环电容量衰减率为21.3%。
[0153]实施例32
[0154](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为1.2Pa，Ar与He的气压比为10:3，派射沉积时间为60min ；
[0155](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度900°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0156]测得正极材料薄膜中He原子的含量为18.6at%，所装配电池的放电容量为96mAh/g，50次循环电容量衰减率为22.8%。
[0157]实施例33
[0158](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率80W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为1.6Pa，Ar与He的气压比为10:4，派射沉积时间为80min ；
[0159](2)将步骤⑴得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度300°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0160]测得正极材料薄膜中He原子的含量为23.6at%，所装配电池的放电容量为89mAh/g，50次循环电容量衰减率为22.7%。
[0161]实施例34
[0162](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率50W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为2.0Pa,Ar与He的气压比为10:4，派射沉积时间为10min ；
[0163](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度400°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0164]测得正极材料薄膜中He原子的含量为23.4at%，所装配电池的放电容量为94mAh/g，50次循环电容量衰减率为21.1%。
[0165]实施例35
[0166](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率50W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为0.8Pa，Ar与He的气压比为10:4，派射沉积时间为10min ；
[0167](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度500°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0168]测得正极材料薄膜中He原子的含量为22.8at%，所装配电池的放电容量为119mAh/g，50次循环电容量衰减率为14.5%。
[0169]实施例36
[0170](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率50W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为1.0Pa,Ar与He的气压比为10:4，派射沉积时间为40min ；
[0171](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度600°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0172]测得正极材料薄膜中He原子的含量为23.6at%，所装配电池的放电容量为126mAh/g，50次循环电容量衰减率为14.2%。
[0173]实施例37
[0174](I)将清洗后的Ti_Ti02复合材料薄片置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压为5.0 X 10 4Pa,在溅射功率70W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt %的陶瓷LiFePO4^作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为1.2Pa，Ar与He的气压比为10:4，溅射沉积时间为20min ；
[0175](2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度700°C，退火压力为5.0X 10 4Pa,退火2.5小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。
[0176]测得正极材料薄膜中He原子的含量为24.2at %，所装配电池的放电容量为124mAh/g，50次循环电容量衰减率为14.7%。
【主权项】
1.一种掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法是先采用磁控溅射法在正极片的集流体上镀制LiFePO4薄膜，同时通以He气，使He掺入LiFePO 4薄膜中，然后对材料按照常规方式进行高真空退火即可。2.根据权利要求1所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法的具体工艺步骤和条件如下: (1)将清洗后的正极片集流体置于磁控溅射真空室中，真空室本底真空气压小于1.0X10 3Pa,在溅射功率40?80W下进行射频磁控溅射镀膜，以纯度不低于99.95wt%的陶瓷LiFePOjE作为溅射源，溅射时同时通入Ar和He的混合气体，其中Ar气压为0.8?2.0Pa, Ar与He的气压比为10:1?10:6，溅射沉积时间为20?10min ； (2)将步骤(I)得到的LiFeP04/He薄膜正极材料置于高真空退火炉中退火，退火温度300?900°C，退火压力小于1.0X 10 3Pa,退火时间彡I小时，退火完成后，随炉冷却、出炉。3.根据权利要求1或2所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中Ar与He的气压比为10:2?10:4。4.根据权利要求1或2所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中退火温度为500?700°C。5.根据权利要求3所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中退火温度为500?700°C。6.根据权利要求1或2所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的正极片集流体为导电金属材料、金属-陶瓷复合材料或金属-生物复合材料中的任一种。7.根据权利要求3所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的正极片集流体为导电金属材料、金属-陶瓷复合材料或金属-生物复合材料中的任一种。8.根据权利要求5所述的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料的制备方法，其特征在于该方法中所述的正极片集流体为导电金属材料、金属-陶瓷复合材料或金属-生物复合材料中的任一种。9.一种由权利要求1所述方法制备的掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料，其特征在于该薄膜正极材料是由正极片集流体和沉积于其上的含He原子的LiFePO4薄膜组成，该薄膜内呈多孔结构并具有b轴方向结晶择优取向特点，其中He原子含量为8?34at%，且在测试倍率为0.1C下，其放电容量为84?141mAh/g，50次循环的电容量衰减率为14.2?24.0 %。
【专利摘要】本发明公开的一种掺氦改性磷酸铁锂薄膜正极材料制备方法，该方法是先采用磁控溅射法在正极片的集流体上镀制LiFePO4薄膜，同时通以He气，使He掺入LiFePO4薄膜中，然后对材料按照常规方式进行高真空退火，使所制得的薄膜内呈多孔结构并具有b轴方向结晶择优取向特点，其中He原子的含量为8～34at％，且用该正极材料组装的扣式锂离子电池在测试倍率为0.1C下，其放电容量为84～141mAh/g，50次循环的电容量衰减率为14.2～24.0％。由于本发明所制备的薄膜LiFePO4正极材料具有更高的电导率，更短的离子、电子传输路径，因而提高了锂电池的放电容量、倍率性能及循环性能，大大改善材料的电化学性能，且工艺简单，成熟，易于掌握控制。
【IPC分类】H01M10/0525, H01M4/58, C01B25/45
【公开号】CN105226279
【申请号】CN201510658584
【发明人】劳永侠, 汪渊, 石云龙, 王茂
【申请人】四川大学
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月13日