固態(tài)薄膜鋰離子電池材料的研究.pdf

1、微電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)、高速大容量計(jì)算機(jī)芯片、植入式醫(yī)療器件以及智能卡等的發(fā)展，要求可集成、高能量密度、可充電的新型能量載體。相比較于傳統(tǒng)的電池，薄膜鋰離子電池在能量密度上更具有優(yōu)勢(shì)，而且沒(méi)有液態(tài)電解液的污染，因而近年來(lái)受到許多國(guó)家的重視。 利用磁控濺射方法在硅片及不銹鋼片上沉積了LiCoO2薄膜，研究了濺射功率、退火溫度等工藝條件對(duì)LiCoO2薄膜結(jié)構(gòu)、成分及充放電性能的影響，結(jié)果表明隨著濺射功率的增加使得LiCoO2薄膜

2、晶化程度加大，放電過(guò)程的容量達(dá)到了31.0μAh/cm2μm，并且在循環(huán)50個(gè)周期后容量衰減很小，顯示了良好的循環(huán)性能。對(duì)沉積的LiCoO2薄膜進(jìn)行了不同溫度的退火處理，隨著退火溫度的增加，薄膜的衍射峰逐步增強(qiáng)并且峰寬細(xì)化，退火至700℃后，薄膜的結(jié)晶性能得到改善，具有完整的LiCoO2相。未經(jīng)退火的薄膜放電容量較小，并且沒(méi)有出現(xiàn)放電平臺(tái)，隨著退火溫度的增加，放電容量逐步增大。經(jīng)700℃退火后LiCoO2薄膜的容量達(dá)到一個(gè)較好的數(shù)值，4

3、7μAh/cm2μm。 針對(duì)電解質(zhì)薄膜，分別開展了LiSiPON、LiPON電解質(zhì)薄膜的制備及性能研究，分別用XRD、SEM、XPS及交流阻抗測(cè)試等手段對(duì)電解質(zhì)薄膜的結(jié)構(gòu)、成分及電化學(xué)性能進(jìn)行了分析。通過(guò)磁控濺射方法在不同的工作氣氛中制備了不同組分的LiPO及LiPON電解質(zhì)薄膜，不同的工作氣體對(duì)薄膜的組分及離子電導(dǎo)率有極大的影響。在純Ar條件下，薄膜中的O含量小于其塊體材料，離子電導(dǎo)率小，在O2+Ar混合氣體條件下，薄膜中的O

4、含量增加，其離子電導(dǎo)率比純Ar條件下的有所增大，并且隨著薄膜中O含量的增加離子電導(dǎo)率增大。利用N2取代O2，薄膜中進(jìn)入N元素，使得薄膜的離子電導(dǎo)率再次增加，在純N2條件下，薄膜的N含量達(dá)到最大值，其離子電導(dǎo)率也達(dá)到最大值10.43×10-7Scm-1。 以xLi3PO4-1-xLi2SiO3為靶材，采用磁控濺射的方法在N2氣氛中制備了固態(tài)電解質(zhì)LiSiPON薄膜。N的引入提高了舊有體系的離子電導(dǎo)率，隨著工作氣壓的增加，電解質(zhì)薄膜

5、中的N含量和離子電導(dǎo)率同步的增加，在濺射功率130W、N2氣壓為0.53Pa時(shí)，離子電導(dǎo)率達(dá)到10.4×10-6S/cm。對(duì)LiSiPON電解質(zhì)薄膜與Pt的分解壓檢測(cè)結(jié)果顯示，LiSiPON薄膜有非常好的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，接近6V左右，可以穩(wěn)定持久的工作于薄膜鋰電池中。 利用反應(yīng)磁控濺射的方法通過(guò)控制不同的氧分壓得到了不同氧含量的SnOx負(fù)極薄膜，對(duì)其進(jìn)行了XRD、SEM、XPS等表征，并對(duì)不同氧含量的SnOx薄膜進(jìn)行了電化學(xué)性能