多位点Ti掺杂的锂离子电池正极材料中设计及制备检测方案(原子层沉积)

QuantumDesign相关产品台式三维原子层沉积系统-ALD： https：//qd-china.com/zh/pro/detail/3/1912041674626 CHINA 利用原子层沉积 ALD 技术制备新型锂离子电池正极材料 ALD/MLD 技术在液态电解质电池中的应用主要从两个方向出发：1)电极材料的制备； 2)界面改性。ALD/MLD 技术合成的不同材料，包括金属氧化物，固态电解质，有机薄膜等，已经被成功用于液态电极的界面改性。尽管 ALD/MLD 其薄膜生长速率较低，使得它在大规模电极制备上不具有竞争力，然而在微纳米尺度的薄膜电池/三维电池及界面改性上具有其独特的优势。以下我们分别就锂离子电池正极和负极保护材料两个方面的制备和界面改性方面分别进行阐述。 传统液态锂电池正极材料尖晶石型 LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)， 在电池循环过程中其表面和近表面会发生许多副反应以及不可逆的相变，极大的影响电池的循环容量和稳定性。为了解决这一问题，孙学良院士课题组使用美国 Arradiance公司生产的型号为 GemStar-8的台式 ALD 沉积系统，设计了新型多位点 Ti 掺杂的锂离子电池正极材料，将无定形 TiO2包覆在尖晶石型 LNMO 表面并热处理，实现了Ti 元素在尖晶石结构表面和内部的多位点掺杂(图1A)，其中表面的 Ti 部分进入尖晶石结构四面体配位的位点，其余的 Ti 替代八面体配位的过渡金属，这种多位点掺杂效应对材料的电化学性能起到了决定性的作用，相比于原始的LNMO，掺杂后的材料表现出了更低的表面阻抗，这是由于四面体配位的 Ti 能够减缓过渡金属迁移到八面体空位上，保证了锂离子的快速传导。相关工作发表在2017年的 AdvancedMaterials 上 (DOI： 10.1002/adma.201703764)。 图1.(A) 基于 ALD 技术的多位点 Ti 掺杂 LNMO 正极材料， (B)ALD/MLD 制备人工合成的双层锂金属负极保护膜 ALD/MLD技术在液态电解质电池中的应用主要从两个方向出发：1）电极材料的制备；2）界面改性。ALD/MLD技术合成的不同材料，包括金属氧化物，固态电解质，有机薄膜等，已经被成功用于液态电极的界面改性。尽管ALD/MLD其薄膜生长速率较低，使得它在大规模电极制备上不具有竞争力，然而在微纳米尺度的薄膜电池/三维电池及界面改性上具有其独特的优势。以下我们分别就锂离子电池正极和负极保护材料两个方面的制备和界面改性方面分别进行阐述。1. 锂离子电池正极材料 传统液态锂电池正极材料尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)，在电池循环过程中其表面和近表面会发生许多副反应以及不可逆的相变，极大的影响电池的循环容量和稳定性。为了解决这一问题，孙学良院士课题组使用美国Arradiance公司生产的型号为GemStar-8 的台式ALD沉积系统，设计了新型多位点Ti掺杂的锂离子电池正极材料，将无定形TiO2包覆在尖晶石型LNMO表面并热处理，实现了Ti元素在尖晶石结构表面和内部的多位点掺杂(图1A)，其中表面的Ti部分进入尖晶石结构四面体配位的位点，其余的Ti替代八面体配位的过渡金属，这种多位点掺杂效应对材料的电化学性能起到了决定性的作用，相比于原始的LNMO，掺杂后的材料表现出了更低的表面阻抗，这是由于四面体配位的Ti能够减缓过渡金属迁移到八面体空位上，保证了锂离子的快速传导。相关工作发表在2017年的Advanced Materials上 (DOl: 10.1002/adma.201703764)。图1. (A) 基于ALD技术的多位点Ti掺杂LNMO正极材料，(B) ALD/MLD制备人工合成的双层锂金属负极保护膜