锂离子电池正极组合材料芯片及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料科学实验技术领域，尤其涉及一种用以实现聚阴离子型锂离子电池正极材料高通量研究的组合材料芯片及制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，电动车产业、新能源储能产业等新兴产业的快速发展，一方面为锂离子电池产业带来了新一轮的增长契机，另一方面也对锂离子电池技术的安全性、长期可靠性等提出了更高的要求。层状结构的LiCoO# Li (Ni 1 x yCoxMny) 02、尖晶石结构的LiMn204等正极材料体系在安全性和长期可靠性方面均存在难以克服的本征缺陷。聚阴离子型锂离子电池材料由于具有稳定性突出的聚阴离子框架结构，其材料稳定性极高，因而与LiCo02、LiMn204等其他正极材料体系相比，在安全性和长期可靠性方面具有显著优势，相关资料可参照现有技术[Cathode Materials for Next Generat1n Lithium 1n Batteries, J.Xu, S.Dou, H.Liu, L.Dai, Nano Energy 2, 439 (2013).]。
[0003]目前聚阴离子型正极材料存在的主要问题是工作电压和电子/离子导通率较低，这些缺点均可通过材料纳米化、掺杂等材料改性手段将现有技术[Polyan1nic (Phosohates,Silicate, Sulfates)Frameworks as Electrode Materials for Rechargeable Li(orNa)Batteries, C.Masquelier, L.Croguennec, Chem.Rev.113, 6552 (2013).]的难题予以克月艮。然而，目前聚阴离子型锂离子电池正极材料的研发进展较为缓慢，制约该材料体系的研发取得突破性进展的主要矛盾是聚阴离子型锂离子电池正极材料体系的复杂性和目前材料科学中主要依赖的“试错法”研究效率低下之间的矛盾。
[0004]近20年来材料科学领域逐渐发展出一种先进的材料科学研究方法一高通量组合材料实验技术，该方法的核心是通过提高单次实验的通量提升先进材料的研发效率[“A Combinatorial Approach to Materials Discovery，，X.-D.Xiang, XiaodongSun,Gabriel Briceno, Yulin Lou, Kai—An Wang, Hauyee Chang, ffi11iam Gregoryffallace-Freedman, Sung-ffei Chen, Peter G.Schultz, Science 268, 1738 (1995)；Combinatorial Approaches as Effective Tools in the Study of Phase Diagramsand Composit1n-structure-property Relat1nships, Ji—Cheng Zhao, Prog.Mater.Sc1.51，557(2006).]。若能将高通量组合材料实验技术有效地应用聚阴离子型锂离子电池正极材料体系研发，则可能调和其研发活动中的主要矛盾，在短期内取得突破性进展。欲针对某一材料体系开展高通量组合材料研究时，首先应当制备在较小面积的基片内覆盖了广泛材料空间参数的组合材料样品。目前，聚阴离子型锂离子电池正极材料研究领域尚无相关的高通量制备技术能够为其高通量研究提供样品基础。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种锂离子电池正极组合材料芯片，其中，包括:
[0006]基板，在所述基板上均匀设置若干样品，所述样品的材料为聚阴离子型锂离子电池正极材料，且所述基板上具有至少两种成分或结构不同的聚阴离子型锂离子电池正极材料；
[0007]通过在一基板上集成有不同成分的聚阴离子型锂离子电池正极材料，以实现对聚阴离子型锂离子电池正极材料的高通量分析。
[0008]上述的芯片，其中，所述聚阴离子型锂离子电池正极材料为LixMGO^Y"。；
[0009]其中，Μ为过渡金属，X为P，Si，S，As中的任意一种，Y为0，F，0H，H20中的任意一种。
[0010]上述的芯片，其中，所述过渡金属为？6，祖，(:0，111，21他，0，￥，1%，211，六1中的任意一种或其组合。
[0011]上述的芯片，其中，所述基板选用低导热系数固体材料，例如包括CMS陶瓷、硅材料或蓝宝石的材料制成。
[0012]上述的芯片，其中，所述基板厚度不超过5毫米，样品间距不小于5毫米。
[0013]上述的芯片，其中，各所述样品均连接有集流电极和引线，以将所述样品与测试仪器进行电连接。
[0014]同时本发明还提供了一种锂离子电池正极组合材料芯片的制备方法，其中，包括:
[0015]提供一表面预设有若干样品位的基板，在每个所述样品位上均对应制备有一样品，所述样品的材料为聚阴离子型锂离子电池正极材料，且所述基板上具有至少两种成分或结构不同聚阴离子型锂离子电池正极材料；
[0016]通过在一基板上集成有不同成分的聚阴离子型锂离子电池正极材料，以实现对聚阴离子型锂离子电池正极材料的高通量分析。
[0017]上述的制备方法，其中，制备其中一所述样品的步骤包括:
[0018]提供一前驱体装置，利用所述前驱体装置将包含聚阴离子型锂离子电池正极材料各种成分的溶液进行混合；
[0019]通过一超声雾化喷头将混合后的溶液进行雾化处理并喷涂在各所述样品位上形成所述样品。
[0020]上述的制备方法，其中，提供一掩膜板，所述掩膜板具有一贯穿其整个厚度的开口，在制备所述样品时，将所述开口对准其中一样品位，利用所述开口将雾化的混合溶液喷涂在该样品位上形成所述样品。
[0021]上述的制备方法，其中，在其中一个样品位上形成样品后，对当前的聚阴离子型锂离子电池正极材料所包含的溶液成分或反应热力学条件进行调整，之后移动所述基板，使一未制备有样品的样品位对准所述开口，以在该样品位上制备出一个与先前制备出的聚阴离子型锂离子电池正极材料的成分或结构所不同的另一个样品。
[0022]上述的制备方法，其中，在完成一样品的制备之后且在进行下一样品的制备之前，均包括一清洁的工序。
[0023]上述的制备方法，其中，所述聚阴离子型锂离子电池正极材料为
[0024]其中，Μ为过渡金属，X为P，Si，S，As中的任意一种，Y为0，F，0H，H20中的任意一种。
[0025]上述的制备方法，其中，所述过渡金属为Fe，Ni，Co，Mn，Zr，Nb，Cr，V，Mg, Zn，A1中的任意一种或其组合。
[0026]上述的制备方法，其中，所述前驱体装置包括有若干存储模组，所述存储模组分别单独存储有包含L1、M、X和Y的溶液。
[0027]上述的制备方法，其中，所述存储模组存储有至少一种包含Μ的溶液、至少一种包含X的溶液，以及至少一种包含Υ的溶液。
[0028]上述的制备方法，其中，所述超声雾化喷头连接一气罐，利用所述气罐输出惰性气体以提高雾化后的混合溶液的均匀性。
[0029]上述的制备方法，其中，所述方法还包括:
[0030]在制备所述样品的同时，利用一位于所述基板正下方的微区加热装置，以对样品位上喷涂的聚阴离子型锂离子电池