固態(tài)薄膜鋰離子電池材料的研究.pdf

1、微電動機械系統(tǒng)(MEMS)、高速大容量計算機芯片、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，而且沒有液態(tài)電解液的污染，因而近年來受到許多國家的重視。 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LiCoO2薄膜結構、成分及充放電性能的影響，結果表明隨著濺射功率的增加使得LiCoO2薄膜

2、晶化程度加大，放電過程的容量達到了31.0μAh/cm2μm，并且在循環(huán)50個周期后容量衰減很小，顯示了良好的循環(huán)性能。對沉積的LiCoO2薄膜進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并且峰寬細化，退火至700℃后，薄膜的結晶性能得到改善，具有完整的LiCoO2相。未經(jīng)退火的薄膜放電容量較小，并且沒有出現(xiàn)放電平臺，隨著退火溫度的增加，放電容量逐步增大。經(jīng)700℃退火后LiCoO2薄膜的容量達到一個較好的數(shù)值，4

3、7μAh/cm2μm。 針對電解質薄膜，分別開展了LiSiPON、LiPON電解質薄膜的制備及性能研究，分別用XRD、SEM、XPS及交流阻抗測試等手段對電解質薄膜的結構、成分及電化學性能進行了分析。通過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電解質薄膜，不同的工作氣體對薄膜的組分及離子電導率有極大的影響。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率增大。利用N2取代O2，薄膜中進入N元素，使得薄膜的離子電導率再次增加，在純N2條件下，薄膜的N含量達到最大值，其離子電導率也達到最大值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LiSiPON薄膜。N的引入提高了舊有體系的離子電導率，隨著工作氣壓的增加，電解質薄膜

5、中的N含量和離子電導率同步的增加，在濺射功率130W、N2氣壓為0.53Pa時，離子電導率達到10.4×10-6S/cm。對LiSiPON電解質薄膜與Pt的分解壓檢測結果顯示，LiSiPON薄膜有非常好的電化學穩(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。 利用反應磁控濺射的方法通過控制不同的氧分壓得到了不同氧含量的SnOx負極薄膜，對其進行了XRD、SEM、XPS等表征，并對不同氧含量的SnOx薄膜進行了電化學性能