锂磷氧氮(LiPON)薄膜的制备及应用进展

介绍了锂磷氧氮(LiPON)薄膜的结构与特性,综述了LiPON薄膜的制备方法以及应用情况,并就LiPON薄膜制备中出现的困难和以后的研究方向做了简单的评述。

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

锂磷氧氮(LiPON)固态电解质与Li负极界面特性

近年来,全固态锂离子电池因其高安全性、高能量密度、简单的电池结构等优势成为研究热点.然而电极与电解质的固固界面问题严重影响电池性能的进一步提升,从而受到了广泛关注.本文采用从头算分子动力学对LiPON/Li界面进行了模拟.研究发现,界面处原子互扩散现象明显,并形成薄界面层.相比LiPON体相结构,界面层以Li为中心原子的Li[O_(2)N_(2)],Li[O_(3)N],Li[O_(4)]四面体局域结构占比明显减少,并且界面层Li-O,Li-N,P-O和P-N的平均配位数均有所减小.由于界面层结构和配位数的变化使得Li受到O,N的离子键作用更弱,Li离子扩散过程中受到的阻碍更小.这一点对于LiPON电解质在实际电池应用中的性能起到了积极促进作用.

电子回旋共振等离子体辅助溅射沉积锂磷氧氮薄膜

用电子回旋共振(ECR)等离子体辅助射频溅射沉积法制备快锂离子传导的锂磷氧氮 (LiPON)薄膜． X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等手段表征了在不同ECR功率辅助下沉积的薄膜．结果显示,ECR等离子体对磁控溅射沉积薄膜的生长有明显的影响,能够提高N的插入量,改变薄膜的组成与结构．但是过高的ECR功率反而易破坏薄膜的结构,不利于N的插入．最佳的实验条件是在ECR 200W辅助下沉积的LiPON薄膜, 它的电导率约为8×10-6S／cm．讨论了ECR对沉积LiPON薄膜的N插入机理．

偏轴射频磁控溅射生长LiPON在高性能全固态薄膜锂离子电池中的应用

全固态薄膜锂离子电池(Thin Film Lithium Ion Battery,TFLB)在微型器件储能领域具有巨大的应用潜力,传统上多采用射频磁控溅射生长Li PON薄膜的方法获得稳定的固态电解质层。文章主要研究了基于偏轴磁控溅射技术的Li PON薄膜制备方法,通过改变薄膜沉积过程中的N2气压值,在0.2 Pa气压下获得了锂离子电导率达到2.4×10-6 S·cm-1的固态电解质层;同时,将优化后的Li PON薄膜应用于Li Co O2/Li PON/Li结构的TFLB中。实验结果表明,TFLB在0.1 C倍率下首次放电容量可达62.1μA·h·cm-2·μm-1,而在高倍率(4 C)条件下放电容量依然可达51.7μA·h·cm-2·μm-1,经过0.1 C、0.5 C、1 C、2 C、4 C倍率条件下各5次充放电循环后,TFLB在0.1 C倍率下的容量保有率仍高达90%,展示出了良好的器件性能。