[发明专利]一种用PLD原位制备微型全固态薄膜锂离子电池的方法

摘要

本发明公开一种用PLD原位制备微型全固态薄膜锂离子电池的方法，属于锂离子电池技术领域，包括以下步骤：1）基片的预处理：将二氧化硅基片清洗干净，并干燥待用；2）电池的制备：用PLD在步骤1）中清洗干净的二氧化硅基片上依次沉积金属铂作为集流体、钴酸锂作为正极、锂磷氧氮作为电解质、石墨烯作为电子穿透过渡层、及石墨作为负极薄膜。本发明的微型全固态薄膜锂电结构均采用PLD原位沉积，同时将石墨烯引入至负极石墨和固体电解质之间作为电子传输过渡层，可有效提高电池性能和循环次数，同时保证微型锂电的热稳定性以及焊接耐温要求。

主权项

1.一种用PLD原位制备微型全固态薄膜锂离子电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基片的预处理：将二氧化硅基片(13)清洗干净，并干燥待用；2)电池的制备：用PLD在步骤1)中清洗干净的二氧化硅基片(13)上依次沉积金属铂(12)作为集流体、钴酸锂(14)作为正极、锂磷氧氮(11)作为电解质、石墨烯(15)作为电子穿透传输层、及石墨(10)作为负极薄膜；所述步骤2)电池的制备，具体包括a)靶材的制备和b)原位生产微型电池各层薄膜；所述a)靶材的制备：采用PLD制备电解质锂磷氧氮(11)时，使用的靶材由Li3PO4粉体压片烧结而成；沉积钴酸锂(14)作为正极时，使用的靶材通过LiCoO2压片烧结制成；沉积石墨烯(15)作为电子穿透传输层时，使用的靶材通过石墨烯压片烧结制成；沉积石墨(10)作为负极薄膜时，使用的靶材通过石墨粉体压片烧结制成；所述b)原位生产微型电池各层薄膜，具体包括以下步骤：(i)在清洗干燥后的硅片上利用PLD镀一层金属铂(12)作为正极集流体；(ii)在同一台PLD仪器上，利用LiCoO2靶材原位沉积正极LiCoO2薄膜；(iii)在同一台PLD仪器上，利用PLD沉积固体电解质LiPON；(iv)在同一台PLD仪器上，沉积电子穿透传输层石墨烯薄膜；(v)在同一台PLD仪器上，沉积石墨(10)作为负极薄膜；所述步骤(ii)具体步骤为：LiCoO2靶材通过干压粉体在900℃烧结5h制成，沉积过程通入一定氧气，气压控制在0.13Pa，衬底温度400℃；激光频率为3Hz，激光能量密度为1.0Jcm‑2；所述步骤(iii)具体步骤为：采用PLD技术制备固态电解质LiPON薄膜时，Li3PO4靶材在600℃烧结5h制成，沉积时通入N2，气压在0.5Pa，激光频率为6Hz，激光能量密度为2.5Jcm‑2，室温沉积；所述步骤(iv)具体步骤为：首先充入保护气氛Ar，气压在0.5Pa，激光频率为3Hz，激光能量密度为1.0Jcm‑2，室温沉积石墨烯薄膜；所述步骤(v)具体步骤为：沉积石墨(10)作为负极薄膜时，采用的气氛为Ar，气压在0.1Pa，激光频率为6Hz，激光能量密度为2.0Jcm‑2，室温沉积。