Патент на изобретение №2241281
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК КОБАЛЬТАТА ЛИТИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электроники, в частности к получению тонких пленок активного кобальтата лития, используемого в качестве катодного материала в производстве тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов. Способ получения тонких пленок из активного кобальтата лития для литий-ионных аккумуляторов включает экстракцию лития и кобальта из водных растворов концентратом
Изобретение относится к области получения тонких пленок активного катодного материала кобальтатта лития (LiCoO2), используемого для производства тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов. Приведенные методы требуют предварительного твердофазного синтеза кобальтата лития и последующего получения пленки с использованием сложной энергоемкой дорогостоящей аппаратуры. Существенными недостатками являются: необходимость измельчения в планетарной мельнице и тщательного стехиометрического смешивания исходных продуктов, применение высокой температуры обжига (до 900°С), длительность обжига (20 часов), необходимость повторного измельчения огарков в среде этанола и последующей сушки активного материала. При поликонденсации алкоксидов металлов с солями многоосновных кислот происходит образование гелей, которые подвергаются термодеструкции при 700-750°С с образованием фазы шпинелей. Недостатками способа являются: использование дефицитных солей металлов (ацетатов), синтез которых достаточно сложен; наличие высокой температуры термодеструкции (750°С). Перечисленные недостатки способов получения тонких пленок катодов устраняются методами, используемыми в микроэлектронике. Указанный технический результат в способе получения тонких пленок кобальтата лития, включающем экстракцию лития и кобальта из водных растворов их неорганических солей концентратом Каждый слой, полученный методом погружения токопроводящей подложки в органический раствор, после удаления избыточного количества жидкости и растворителя отжигается при температуре фазообразования (500-570°С) в течение 2-3 мин. В качестве подложки применяют медную или алюминиевую фольгу. Полученные многократным повторением процессов смачивания погружением и отжига пленки кобальтата лития имеют хорошую адгезию и сплошность. Пленка на алюминиевой подложке имеет слоистую морфологию с ярко выраженной текстурой, то есть слои имеют слоистую структуру с субмикронным размером зерен. Морфология пленок кобальтата лития на медной фольге характеризуется улучшенной гладкостью, сплошностью. При этом сохраняется мелкозернистая структура пленки, что способствует повышению удельной поверхности материала, увеличивается эффективность его функционирования. Отличительными признаками заявляемого технического решения являются получение пленки кобальтата лития на токопроводящих подложках из меди или алюминия методом многократного смачивания погружением в раствор смеси карбоксилатов лития и кобальта при мольном соотношении 1:1 с последующим отжигом в течение 2-3 мин при температуре 500-570°С. Толщину пленок регулируют количеством циклов смачивания – отжига, а также концентрацией лития и кобальта в смеси их карбоксилатов при мольном соотношении этих металлов 1:1. Синтез кобальтата лития и формирование пленок на токопроводящих подложках протекают одновременно. Таким образом, совокупность отличительных признаков разработанного технического решения от прототипа и аналогов позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию “существенные отличия”. Предлагаемый способ получения тонких пленок из кобальтата лития для литий-ионных аккумуляторов реализуется следующим образом. Проводят жидкофазную экстракцию кобальта и лития (раздельно) из водных хлоридных растворов с использованием в качестве экстрагента концентрата Пример 1. Берут водные хлоридные растворы лития и кобальта концентрации 1 моль/дм3 и проводят экстракцию смесью карбоновых кислот (С5-С9). Полученные экстракты лития и кобальта с концентрацией 0,8 м/дм3 и 0,4 м/дм3 соответственно смешивают в мольном соотношении лития и кобальта 1:2. Подложку из медной фольги погружают в полученный раствор, затем подвергают отжигу при температуре 570°С в течение 2 минут. Толщина полученной пленки составила 62,8 нм. При пятикратном погружении и отжиге подложки с пленкой ее толщина составила 308 нм. Пример 2. Берут водные хлоридные растворы лития и кобальта концентрации 1 моль/дм3 и проводят экстракцию смесью карбоновых кислот (С5-С9). Полученные экстракты лития и кобальта с концентрацией 0,8 м/дм3 и 0,4 м/дм3 соответственно смешивают в мольном соотношении лития и кобальта 1:2. Смесь растворов экстрактов разбавляют гексаном в 2 раза. Подложку из медной фольги погружают в полученный раствор, затем подвергают отжигу при температуре 570°С в течение 2 минут. Толщина полученной пленки составила 35 нм. При пятикратном погружении и отжиге подложки с пленкой ее толщина составила 120 нм. Пример 3. Аналогично примеру 1, при концентрации лития и кобальта в смеси экстрактов 0,4 моль/дм3, при последующем однократном погружении алюминиевой подложки и отжиге при температуре 570°С толщина пленки составила 80,5 нм. При пятикратном повторении цикла смачивание-отжиг толщина пленки составила 405 нм, при десятикратном – 760 нм, при пятнадцатикратном – 1170 нм. Пример 4. Аналогично примеру 2, при концентрации лития и кобальта в смеси экстрактов 0,4 моль/дм3, при последующем однократном погружении алюминиевой подложки и отжиге при температуре 500°С и времени термообработки 3 минуты толщина пленки составила 40 нм. При пятикратном повторении цикла смачивание-отжиг толщина пленки составила 140 нм. Пленки кобальтата лития получают по технологии смачивания подложки погружением в раствор карбоксилатов. Каждый слой получают методом погружения токопроводящей подложки в органический раствор с последующим отжигом при температуре образования фазы (500-570°С) в течение 2-3 мин. Относительно небольшой интервал времени обусловлен способностью тонкой пленки и подложки к быстрому прогреву. В качестве подложки используются медная и алюминиевая фольга. Полученные многократным повторением процессов смачивания и отжига пленки кобальтата лития LiCoO2 имели достаточно хорошую адгезию и сплошность. При получении пленок кобальтата лития из разбавленного в два раза экстракта толщина пленок также уменьшается примерно в два раза. Структура пленки не меняется. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет достаточно быстро получать тонкие пленки активного катодного материала из кобальтата лития различной толщины для изготовления тонкопленочных аккумуляторов. Для определения электрохимических характеристик тонкопленочного катода из кобальтата лития, полученного методом смачивания подложки погружением и последующего отжига по примеру 1, был изготовлен полуэлемент с литиевым электродом. В таблице представлены электрохимические характеристики такого полуэлемента. Из таблицы видно, что нанесенные тонкопленочные электроды способны неоднократно циклироваться. При снижении глубины разряда его эффективность возрастает до 90% и выше. Также пленки имеют повышенное зарядно-разрядное напряжение, что приводит к увеличению удельной мощности исследуемых электродов на основе кобальтата лития.
Формула изобретения
Способ получения тонких пленок кобальтата лития на токопроводящей подложке, выполненной из медной или алюминиевой фольги, включающий экстракцию лития и кобальта из водных растворов их неорганических солей концентратом
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 11.02.2007
Извещение опубликовано: 20.02.2008 БИ: 05/2008
|
||||||||||||||||||||||||||