用于薄膜微电池的固态薄膜电解质和正极材料的制备和性能研究
微电动机械系统(MEMS)、高速大容量计算机芯片、植入式医疗器件以及智能卡等的发展，要求可集成、高能量密度、可充电的新型能量载体。相比较于传统的电池，薄膜电池在能量密度上更具有优势，而且抗震抗摔抗高温，没有液态电解液的污染，可以很方便的利用现有的半导体工艺集成到芯片中去，因而近年来受到许多国家的重视。 本论文采用磁控溅射的方法以0.5Li3PO4-0.5Li2SiO3为靶材，在N2气氛中制备了固态电解质LiSiPON薄膜。N的引入提高了体系的离子电导率，随着工作气压的增加，电解质薄膜中的N含量和离子电导率同步的增加，在溅射功率130W、N2气压为0.5Pa时，离子电导率达到1.27×10-5S/cm。本论文中制备的LiSiPON薄膜有非常好的电化学稳定窗口，可以稳定持久的工作于薄膜微电池中。 本论文还研究了磁控溅射制备非晶结构的(Li0.5La0.5)TiO3(LLTO)电解质薄膜。当沉积温度升高时离子电导率也相应的获得提高。在沉积温度为400℃时，LLTO电解质薄膜的离子电导率达到了8.7×10-6S/cm，是一种很有潜力的应用于全固态薄膜锂离子电池的电解质材料。 本论文还对磁控溅射制备的LiCoO2薄膜正极材料的电化学性质进行了研究。提高溅射功率和施加偏压有助于提高LiCoO2薄膜正极材料的容量密度和循环性能，功率的增加使得LiCoO2薄膜(101)和(104)方向的晶化程度加大，在溅射功率为200W的时候，放电过程的容量密度达到了47μAh/cm2μm，并且在循环50个周期后容量只衰减了20％。增加偏压可以增大初始放电容量密度，当偏压为-90V时，放电容量密度达到55μAh/cm2μm。增加偏压显著改善了LiCoO2正极薄膜的循环性能，在偏压为-90V的时候循环50个周期后容量只衰减了23％，显示了良好的循环性能。
- 作者：
- 申万
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2006年
- 导师姓名：
- 杨志民；邢光建
- 中图分类号：
- TM911.1
- 关键词：
- 薄膜电池；锂离子电池；固态电解质；正极材料；电化学性能；磁控溅射方法
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