LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。为此,本文系统研究了LiNbO_(3)薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO_(3)薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^(-1))、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^(-1))和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^(-8)S·cm-1)。在此基础上,基于LiNbO_(3)薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO_(3)|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^(-2))、良好的倍率(30μA·cm^(-2)下比容量1.9μAh·cm^(-2))及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率为86.4%)。此外,该电池表现出优秀的高温性能,连续在100℃下工作近200 h的容量保持率高达95.6%。研究表明:LiPON|LiNbO_(3)界面不论在充放电循环还是高温下均非常稳定,这有助与提升全电池综合性能。

全固态薄膜锂电池研究进展

同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。

全固态无机薄膜锂电池近期发展动态

微电池在未来的便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统(MEMS)等方面有着广泛的应用前景,受到人们的重视。其中全固态薄膜锂电池具有能量密度高、循环性能和安全性能好等优点已经成为目前研究的热点。由于该类电池的制备涉及众多学科,环境要求苛刻,过程复杂,因此对单个电极或电解质薄膜的报道屡见不鲜,而组装成全固态薄膜锂电池的报道却屈指可数。本文对已经组装成并具有电化学充放电性能的全固态薄膜锂电池近期发展动态进行了综述,简要介绍了该类电池的结构和特性,并对今后的研究方向进行了展望。

全固态薄膜锂电池0.3Ag-V2O5｜LiPON｜Li的制备及电化学性能

采用紫外脉冲激光沉积（PLD）法制备了0.3Ag-V2O5和LiPON薄膜,结合真空热蒸镀法原位组装0.3Ag-V2O5｜LiPON｜Li薄膜电池。由扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征了0.3Ag-V2O5和LiPON薄膜形貌与结构,利用恒电流充放电、循环伏安等技术考察了薄膜电池的电化学性能。结果表明,采用PLD方法在O2气氛和N2气氛中分别获得了表面均匀、无针孔、无裂缝、具有非晶态结构的0.3Ag-V2O5和LiPON薄膜。在电压1.0-4.0V,充放电速率2C时,以厚度100nm的0.3Ag-V2O5薄膜为阴极组装的液态电解质电池循环1000次后稳定容量仍为260mAh/g,表现出良好的循环性能。PLD沉积的Li-PON电解质薄膜具有很好的锂离子导电能力,室温离子电导率为1.6×10^-6S/cm,电子电导率〈10^-14S/cm。在电流密度7μA/cm^2,电压1.0-3.5V条件下全固态薄膜锂电池0.3Ag-V2O5│LiPON│Li的循环性能良好,100次循环后的体积比容量达40μAh/（μm.cm^2）。

锂磷氧氮(LiPON)薄膜电解质和全固态薄膜锂电池研究

采用电子束热蒸发Li3 PO4与氮等离子体辅助相结合的方法制备了含氮磷酸锂 (LiPON)电解质薄膜 ,已测得该非晶态电解质薄膜在温度为 3 0 0K时的离子导电率为 6 0× 10 -7S/cm ,电子电导率低于 10 -10 S/cm ,电化学稳定窗口为 5 0V .以脉冲激光沉积法 (PLD)制备的非晶态Ag0 5V2 O5薄膜为阴极 ,真空热蒸发法制备的金属锂为阳极 ,LiPON薄膜为电解质 ,成功地制备了一个新的Li/LiPON/Ag0 5V2 O5全固态薄膜锂电池 .该电池以 14 μA/cm2 电流充 /放电时 ,首次放电容量达到 62 μAh·cm-2 ·μm-1,10次循环后容量衰减缓慢 ,衰减率约为 0 2 % ,循环寿命达到 5 5

以LiCoO_2为阴极的全固态薄膜锂电池的研究

采用射频磁控溅射技术制备了非晶态和不同取向的多晶LiCoO2薄膜,利用XRD和SEM研究了不同温度退火后LiCoO2薄膜的结构和形貌.以具有不同结构的LiCoO2薄膜为阴极、含氮磷酸锂薄膜为电解质以及金属锂薄膜为阳极,成功地制备了电化学性能不同的全固态薄膜锂电池.由电化学研究结果表明,LiCoO2薄膜的结构和多晶取向决定了薄膜电池的电化学性能.采用具有一定取向的多晶LiCoO2薄膜制备的全固态薄膜锂电池具有最佳的性能,稳定放电容量达到55.4μAh/cm2μm,充放电循环次数超过450次.

全固态薄膜锂/锂离子电池的研究进展

本文介绍了全固态薄膜锂/锂离子电池发展;对全固态薄膜锂/锂离子电池最近的研究进展进行了综述分析,并指出了今后研究的方向。

全固态3D薄膜锂离子电池的研究进展

全固态三维薄膜锂离子电池能量密度高、自放电率低、充放电循环性能优良、安全可靠,可以设计成任意形状集成至微电子器件中,是最具前景的微电池之一。从电池构架角度,对全固态3D薄膜锂电池进行分类并概述其发展现状,分析了不同构架3D电池的优势和存在的问题,同时展望了薄膜电池的发展方向和应用前景。

全固态薄膜锂电池的研究进展

薄膜锂电池具有良好的集成兼容性和优异的电化学性能,成为微电子机械系统(MEMS)和超大规模集成电路(VLSI)能源微型化、集成化的最佳选择电源。介绍了薄膜锂电池的结构特征和应用前景,重点分析了国内外研究现状、发展趋势和关键技术,并对开展该项技术研究提出了建议和展望。

用于全固态锂电池的LiSiPON电解质薄膜的制备及电导性能研究

利用磁控溅射方法在N2气氛下制备出了LiSiPON电解质薄膜，研究了薄膜的结构、形貌和组成，着重探讨了薄膜中N含量对薄膜离子电导率的影响。随着N2分压的增加，薄膜中的N含量逐渐增加，0.53Pa时达到最大，超过此分压N含量又逐步下降。随着薄膜中N含量的增加，离子电导率提高，最大达10．4×10^-6S／cm（室温），这对固态电解质薄膜来说是足够了。为了测量电解质薄膜的电化学稳定性，组装了LiCoO2／LiSiPON／SnO2薄膜电池，显示出了良好的循环性能。

全固态薄膜锂电池及薄膜电极材料研究进展

对全固态薄膜锂电池及其薄膜电极材料的研究进展进行了综述。分析了薄膜锂电池成为发展热点的客观原因;系统归纳了阴极薄膜、电解质薄膜和阳极薄膜材料及其制备技术研究进展;同时,对薄膜锂电池及其电极材料发展前景进行了展望。

全固态薄膜锂离子电池正极材料研究进展

全固态薄膜锂离子电池是锂离子电池的最新研究领域,正极材料的薄膜化成为锂离子电池的重要组成部分和研究热点。主要综述了LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、金属磷酸盐化合物等薄膜正极材料近几年来在材料改性、制备工艺等方面的研究状况,并展望了其发展趋势。

全固态薄膜锂离子电池负极和电解质材料的研究进展

全固态薄膜锂离子电池是锂离子电池的最新研究领域,薄膜化的负极、电解质材料是全固态薄膜锂离子电池的重要组成部分。主要对碳基材料、锡基材料、硅基材料、合金等全固态薄膜锂离子电池负极材料和电解质薄膜材料近几年来的研究状况进行了综述,并展望了其发展趋势。

全固态薄膜锂电池及其阴极薄膜材料制备技术

电子产品小型化、微型化、集成化成为当今技术发展的大趋势,从而需要电池的微型化。微电池在未来便携式电子设备、国防装备及微电子机械系统(MEMS)等方面有着广泛的应用前景,受到人们的重视。文章介绍了全固态薄膜锂电池的原理和结构,以及阴极薄膜的制备技术,展望了全固态薄膜锂电池的应用前景。

薄膜型全固态锂电池

薄膜型全固态锂电池具有完美的电极/电解质固-固界面,可以有效解决当前商用锂离子电池的安全性问题,并具有超长的循环寿命、较宽的使用温度范围、较低的自放电率等优点,相比体型固态锂电池性能优越,受到了业界的广泛关注。然而制备成本高、单位面积能量密度低等缺点限制了其应用范围。本文介绍了薄膜型全固态锂电池的工作原理及特点、关键材料的研究现状,并针对薄膜固态锂电池的产业化现状和技术瓶颈进行了总结,对新一代薄膜型全固态锂电池的发展及产业化应用进行了展望。

柔性全固态薄膜锂电池

柔性全固态薄膜锂电池具有轻质、可赋形等特点,在可穿戴、柔性显示等领域具有非常广阔的应用前景。基于PVD技术实现了LiCoO2正极、LiPON固态电解质和金属Li负极等关键材料的薄膜化沉积,并最终以柔性超薄不锈钢为基底成功制备了LiCoO2/LiPON/Li柔性全固态薄膜锂电池。采用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)对薄膜结构、形貌进行了表征。采用LAND测试系统以及电化学工作站对电池的电化学性能进行测试分析,电池以10μA/cm^2电流充/放电时,首次放电面积比容量达到13.1μAh/cm^2。电池可以65μA/cm^2(5)恒电流充/放电。

全固态薄膜锂离子二次电池的制备及性能分析

利用磁控溅射技术在不锈钢衬底上制备全固态薄膜锂离子二次电池.通过用SEM来观测单层薄膜材料的形貌,电化学工作站测定单层薄膜的交流阻抗谱,蓝电电池测试系统表征薄膜电池的电化学性能.研究表明,在电位为4.0～0.3V之间,该薄膜电池具有良好的充放电性能,经过200次循环之后,充放电容量相对趋于平稳,放电比容量基本稳定在4.0 μAh/cm2左右;以10μA恒定电流进行充放电循环测试时,首次放电比容量达到5.4 μAh/cm2,循环寿命则达到1 000次以上.

非晶LiSiON薄膜电解质的全固态薄膜锂电池性能

全固态薄膜锂电池(TFLB)是理想的微电子系统电源。目前报道的固态非晶电解质存在离子电导率偏低的问题,限制了TFLB性能的提升。本工作采用磁控溅射法制备了一种新型非晶锂硅氧氮(LiSiON)薄膜用作TFLB的固态电解质。结果表明,优化制备条件后的LiSiON薄膜具有6.3×10^(–6)S·cm^(–1)的高离子电导率以及超过5V的宽电压窗口,适合作为TFLB的电解质。在LiSiON薄膜电解质的基础上,本工作构建了MoO_(3)/LiSiON/LiTFLB并获得高的比容量(50mA·g^(–1)下282mAh·g^(–1))、良好的倍率性能(800mA·g^(–1)下50mAh·g^(–1))和可观的循环寿命(200次循环后容量保持率为78.1%),验证了该电解质在薄膜电池中应用的可行性。

全固态薄膜锂离子二次电池的研究进展

本文综述了全固态薄膜锂离子二次电池的研究进展,主要阐述了薄膜锂电池的结构设计以及正极、负极和固体电解质材料研究现状,并对其今后的发展趋势及研发热点进行了展望。

磁控溅射制备V2O5薄膜及全固态薄膜锂电池研究

V2O5具有容量高、循环稳定、易于制备成薄膜等特点,是全固态薄膜锂电池理想的正极材料。采用磁控溅射法,以V2O5为靶材制备了薄膜,研究了溅射气体Ar/O2对薄膜结构、形貌及电化学性能的影响,优化了薄膜制备工艺。最终采用磁控溅射法依次沉积集流体薄膜、钒氧化物薄膜、固态电解质薄膜,真空热蒸发金属锂薄膜,成功制备了Al/V2O5/Li P ON/Li/Cu全固态薄膜锂电池。薄膜电池在1.7~3.4 V电压范围内,以10μA/cm2恒电流充放电测试,电池比容量达到25μAh/cm2,稳定循环超过500次。