锂磷氧氮薄膜电解质的制备与结构分析

锂磷氧氮(LiPON)是薄膜电池应用中最具代表性的薄膜固态电解质,还被用作界面保护层,用以提高电解质与正极、负极的界面稳定性。采用射频磁控溅射方法,以Li_(3)PO_(4)为溅射靶材,在N_(2)气氛下沉积LiPON薄膜固态电解质。通过优化溅射功率、工作压强、基底温度等工艺条件,制备出表面致密、均匀、无缺陷的LiPON薄膜。XPS测试结果表明,薄膜的溅射过程是一种反应式溅射,N取代Li_(3)PO_(4)结构中的桥氧键(—O—)与非桥氧键(=O),形成氮三配位键N_(t)(—N<)和氮双配键N_(d )(=N—),构成网状结构的LiPON薄膜。测得LiPON薄膜固态电解质的室温离子电导率为7×10^(-7)S·cm^(-1),电子电导率为4.8×10^(-13 )S·cm^(-1)。LiPON薄膜固态电解质致密的形貌和稳定的电化学性能使得LiPON在薄膜电池及固态电池界面改性中的应用具有显著优势。

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

LiBPON薄膜电解质的制备及电化学性能研究

应用磁控溅射法在N2气氛中制备LiBPON薄膜电解质,研究薄膜性能与沉积条件的关系,优化其制备条件.扫描电镜图显示其表面平整均匀致密,X射线衍射及交流阻抗测试分别表明该薄膜呈非晶态,室温离子电导率随溅射功率增大而减小,随N2压力增大而增大,最高达3.5×10-6S/cm;薄膜的沉积速率随溅射功率增大而增大,随N2压力增大而减小.N的结合对电解质的电化学性能有明显改善,作为薄膜锂电池电解质有良好的应用前景.

阳极支撑SOFC薄膜电解质制备与性能研究

阳极支撑SOFC具有低阻抗、高功率密度的优点,成为SOFC发展的主要方向。采用丝网印刷、浆料涂敷以及两者复合的工艺制备8 mol%Y_2O_3稳定ZrO_2(YSZ)电解质薄膜。通过在阳极基体中加入不同比例造孔剂来调整阳极收缩率,并采用三步烧结工艺降低YSZ的烧结温度,实现二者共烧。结果表明,加入10%(质量分数,下同)的造孔剂,浆料涂敷修饰的丝网印刷工艺制备的YSZ薄膜在1300～1350℃实现了共烧,YSZ层厚度在20μm左右,微观形貌显示了良好的致密度,晶粒尺寸在0.5～3μm;阳极支撑层中连通孔较多,有利于气体扩散。

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。

PVDF-PMMA聚合物薄膜电解质的制备和性能研究

将聚偏氟乙烯（PVDF）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶于N-N-二甲基甲酰胺（DMF）中，加入丙三醇作造孔剂，使用两种不同方法制得聚合物薄膜，再将薄膜浸泡于I2／KI的液态电解质中吸液，制得聚合物薄膜电解质。用四探针法测量其电导率，对比两种方法制得的聚合物薄膜的扫描电镜图片，从微观结构分析其电导率的差异。由分析可知制膜方法不同导致薄膜微观结构不同，也导致薄膜性能的差异。

聚合体薄膜电解质锂电池

固体聚合物电解质不易燃烧，因此天生就更安全些。

SOFC电解质薄膜YSZ制备技术

综述了固体氧化物燃料电池 (SOFC)电解质薄膜YSZ的制备方法 ,通过EPD、APS、VPS、EVD、Sol Gel和流延、轧膜、丝网印刷等方法都可以制备YSZ薄膜。从成膜质量上比较 ,APS、VPS、EVD等方法制得的YSZ薄膜气密性好 ;从生产成本上分析 ,由高到低依次是VPS、APS、EVD、Sol Gel和流延、轧膜、丝网印刷等陶瓷成膜方法。目前 ,制备YSZ电解质薄膜使用较多的是APS、EVD ,最适合大工业化生产、成本低廉的是陶瓷薄膜成型方法 。

中温固体氧化物燃料电池阳极基底及负载型电解质薄膜的研制

在用固相反应法合成电解质材料Ｌａ０．９Ｓｒ０．１Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３－δ（ＬＳＧＭ）的基础上，研制出中温固体氧化物燃料电池ＬＳＧＭ＋ＮｉＯ阳极基底；考察了阳极基底孔隙率、孔径分布及电导率随组成变化的规律；研究了阳极基底组成、微观结构、制备工艺等对负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜成膜过程及质量的影响和负载型电解质薄膜在还原气氛中的结构稳定性；采用湿化学物理方法及等静压烧结工艺成功地制备出了厚度为２０～５０μｍ的负载型致密ＬＳＧＭ电解质薄膜．研究表明；ＮｉＯ含量为６０％的阳极基底具有适宜的烧结收缩率、孔隙率与孔径分布，且比表面积与比孔容积均较大，适合作为ＳＯＦＣ的阳极．随着ＮｉＯ含量的增加，还原后阳极基底的电导率有所增大．其中低ＮｉＯ含量的阳极基底在还原后的初生态，其电导率在交变信号的诱导下发生弛豫现象而迅速增大，并由离子导电性转变为金属导电性．而高ＮｉＯ含量的阳极基底，其还原后的电导率随测量时间的延长变化很小，并从一开始就表现出金属导电的性质．采用无约束烧结程序制备的负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜，表面为粗大的片状晶粒，还原后在晶界处产生裂纹．而采用等静压烧结程序制备的负载型ＬＳＧＭ电解质薄膜，表面为细小、形状规则的晶?

固体氧化物燃料电池YSZ电解质薄膜的制备方法概述

固体氧化物燃料电池(SOFC)是一类既能发电,又无噪声污染、高效清洁的能量转换装置. 氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)是应用最为广泛的SOFC电解质材料. SOFC制备的关键技术之一是获得足够薄且不透气的YSZ电解质薄膜. 本文综述了几种不同的制备YSZ电解质薄膜的方法,并对它们进行了分析和比较,讨论了它们各自的优缺点和应用场合. 最后,对用于固体氧化物燃料电池的YSZ薄膜制备方法进行了评述和展望.

YSZ纳米粉料流延成型电解质薄膜性能研究

探索了以YSZ纳米粉体为原料,采用流延成型的方法制备YSZ电解质薄膜的工艺过程,具体探讨了不同粒度粉体流延后坯体的性能,结果表明,纳米范围内颗粒粒度粗可以获得致密度较高的坯体。但在烧结过程中,细粒度粉料表现出更好的性能,实验制备的YSZ电解质薄膜的面积比电阻在1123K,比德国D样品大幅度下降。573～1023K的阻抗谱显示出实验制备的YSZ电解质试样的晶粒、晶界和电极处的阻抗都明显降低,综合性能明显优于国外同类产品。流延成型工艺可以获得尺寸为100mm×100mm×0.125mm的8YSZ电解质薄片,这为平板式SOFC在中国的快速发展做好了材料上的准备。

电泳沉积法制备固体电解质薄膜的沉积速率和沉积机理

研究了用电泳沉积法制备含钇８末在悬浮介质中的荷电机理；采用界面移动法测定了８ＹＳＺ粉末在有机悬浮液中的电泳淌度和ξ电势，研究了ξ电势的影响因素；考察了８ＹＳＺ粉末在有机悬浮液中的分散性和稳定性；研究了电泳沉积的动力学规律，确定了电泳沉积过程的速度控制步骤，推导出电泳沉积速率方程．利用重复沉积－烧结法制备的致密化薄膜厚度为２６～５６μｍ，硬度为４．３３ＧＰａ，在１０００℃时Ｏ－２电导率为１２．２Ｓ／ｍ，电导激活能为１．０９ｅＶ．

Sc_2O_3稳定ZrO_2薄膜电解质的制备与表征

利用射频磁控溅射方法制备了一系列Sc_2O_3稳定ZrO_2薄膜固体电解质。通过XRD和SEM表征了10 mol%Sc2O3掺杂ZrO_2(10Sc SZ)薄膜的物相结构、晶粒大小以及表面与截面形貌。同时,研究了基板类型和基板温度对10Sc SZ薄膜电解质电导率的影响。结果表明:通过射频磁控溅射沉积以及退火处理,成功制得纳米晶粒尺度、室温下立方萤石相稳定的10Sc SZ薄膜。室温下在石英衬底上制备的10Sc SZ薄膜电解质的电导率高于在多晶氧化铝衬底上制备的10Sc SZ薄膜电解质电导率。随着沉积温度提高,10Sc SZ薄膜电解质电导率逐渐下降,这是由随着沉积温度升高而增大的10Sc SZ薄膜晶粒尺寸导致的。

SOFC用固体电解质薄膜制备方法进展

综述了近年来固体电解质薄膜的制备方法，包括电化学气相沉积法、化学气相沉积法、电脉沉积法、流延法、溅射法、等离子喷涂法、压制法等。

溶胶-凝胶法制备SiO_2-P_2O_5-TiO_2电解质薄膜

溶胶-凝胶法制备的SiO2-P2O5-TiO2电解质薄膜,具有较高的质子电导率和化学稳定性。测定不同组分电解质薄膜的质子电导率,发现随着温度的上升,质子电导率呈上升趋势。其原因为随着温度的升高,附着水排出和羟基结构的缩合。

YSZ电解质薄膜制备工艺进展

电解质作为固体氧化物燃料电池(SOFC)的关键组件,很大程度上决定着燃料电池性能的优劣和成本的高低。钇稳定氧化锆(YSZ)因其优良的综合性能,一直是SOFC最具竞争力的电解质材料之一,因此开发YSZ电解质工艺已成为人们关注和研究的热点。论述了制备YSZ电解质薄膜的主要方法,并对这些方法进行了评述和展望。

自组装聚电解质薄膜的低角度X射线衍射研究

采用静电自组装技术在单晶硅和石英玻璃基片上制备了阳离子聚电解质PDDA和阴离子聚电解质PS-119的多层复合薄膜,对薄膜作低角度X射线衍射分析,得到清晰的Kiessig衍射曲线,根据衍射曲线估算了薄膜的厚度。自组装PDDA/PS-119薄膜的层状结构特征不明显,聚电解质单层的厚度可以控制在1nm上下,双层的厚度可以控制在2nm左右,薄膜的总厚度与聚电解质水溶液的浓度有关,与薄膜的双层数成比例关系。

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。

阳极支撑YSZ电解质薄膜的浆料旋涂法制备

用干压-预烧结法制备阳极支撑体,在阳极支撑体上用浆料旋涂-共烧结法制备了氧化钇稳定氧化锆(YSZ)电解质薄膜。实验考察了不同淀粉含量和不同预烧结温度对阳极支撑体预烧结效果的影响以及旋涂层数和浆料配比对YSZ电解质膜致密性的影响。结果表明:当阳极支撑体的预烧结温度为1 200℃,阳极支撑体中淀粉含量为15%,电解质的旋涂层数控制在5层或5层以下,旋涂浆料中YSZ的含量为45%时,制备的电解质薄膜致密性较好。对制备样品出现的缺陷进行了原因分析,提出了相应的解决办法。

泥浆喷涂制备阳极支撑YSZ电解质薄膜工艺研究

采用泥浆喷涂工艺制备SOFC用阳极支撑YSZ电解质薄膜,首先采用模压成型工艺制备NiO-YSZ阳极基底,通过优化泥浆制备工艺条件及喷涂条件,在NiO-YSZ阳极基底上喷涂均匀平整的YSZ电解质涂层,进一步采用共烧结工艺使YSZ电解质层致密。通过在基底中添加碳粉造孔剂,调节阳极基底的烧结收缩率与电解质层烧结收缩率一致,避免电解质涂层的开裂和变形。阳极基底中加入5wt%含量的碳粉,阳极与电解质层烧结收缩率一致。扫描电子显微镜观察电解质涂层表面形貌表明,球磨24h的泥浆喷涂的YSZ涂层较好,阳极基底与电解质膜在1400℃烧结2h,电解质膜层致密,表明通过泥浆喷涂工艺可以制备出致密电解质层。