[发明专利]一种仿生法制备LiFePO4纳米薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LiFePO₄纳米薄膜的制备方法，具体涉及一种仿生法制备LiFePO₄纳米薄膜的方法。

背景技术

LiFePO₄具有橄榄石结构，能可逆的嵌入和脱嵌锂离子。同时具有高能量密度，性能稳定、安全性高、环境友好以及价格更加便宜等优点。该材料理论比容量高，为170mAh/g^-1，相对于锂金属负极具有平坦而适中的放电平台(3.4V左右)，因此被认为是最具有潜力的锂离子电池正极材料。但是纯LiFePO₄存在一个由晶体结构决定的缺点：电导率小(约为10^-9S/cm)、离子扩散系数低(约为10^-11～10^-10S/cm)，导致其于大电流密度下放电的容量急剧下降，循环性能也变差，限制了LiFePO₄的应用。

目前用于制备LiFePO₄薄膜正极材料的方法有电子书蒸发法(EDS)[Ma J，Qin Q Z，et al.[J].J Power Sources，2005，148：66.]、真空气相沉积法[赵灵智，胡社军，李伟善，等.[J].广东化工，2007，10(34)：56-59.]、脉冲激光沉积法(PLD)[Sauvage F，Baudrin E，Gengembre L，et al.[J].Solid State Ionics，2005，176：1869-1876.]、恒电流法[Wang Jiazhao，Chou Shulei，Chen Jun，et al.[J].Electro-chemistryCommunications，2008，10：1781-1784.]、溶液浇铸法[Subba Reddy C V，et al.[J].J Appl Electrochem，2007，37：637-642.]和射频磁控溅射沉积法(RF magnetron sputtering deposition)[West W C，Whitacre J F，Ratnakumar B V.[J].Electro-chem Soc，2003，150(12)：A1660.]等。这些方法中，有点需要昂贵的仪器，有的(如恒电流法)容易受外界影响而波动，因而得不到均匀的薄膜。另外，用这些方法制备出的复合薄膜厚度较大(最薄的为400nm)。微波水热法工艺简单，成本低，制膜所需时间短，可以精确地控制薄膜厚度，具有很广的发展前景。

仿生合成，也称有机模板法或模板合成，是源于人们对生物矿化形成高度规整有序的无机材料过程的认识，其核心为自组装技术，即通过有机物的自组装体与无机物离子在界面处相互作用(离子键、共价键或范德华力等)，在分子水平控制无机矿物相以特殊的多级结构或组装方式析出。自组装单层膜技术(Self-assembled monolayers)技术(简称SAMs技术)是目前受到广泛关注的表面功能化方法之一，可通过改变其成膜分子的链长和尾基活性基团灵活地控制基底表面的性质，实现基底表面的功能化。自组装膜层为模板的仿生合成制膜技术，具有成膜效果好、稳定性强、制备方法简单、不需要后期晶化热处理等其他传统物理化学方法无可比拟的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单，无需保护气氛，反应条件温和，温度低，能耗小，所得的LiFePO₄薄膜结晶完整，可重复性高，无需后期热处理的仿生法制备LiFePO₄纳米薄膜的方法。

为达到上述目的，本发明采用的制备方法是：

1)分别将分析纯的LiOH·H₂O或CH₃COOLi·2H₂O和NH₄H₂PO₄、FeC₂O₄·2H₂O按照Li∶PO₄∶Fe＝(0.5～6)∶(1～5)∶(0.5～5)的摩尔比加入去离子水中，密封后置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌配制成Fe²⁺浓度为0.1～0.8mol/L的溶液A；