磁控溅射参数和锂添加对LiPON薄膜离子电导率的影响

锂磷氧氮化合物(LiPON)是一种广泛应用于全固态薄膜电池体系的固态电解质。本文采用射频磁控溅射工艺制备LiPON薄膜,研究了溅射工艺参数和烧结锂片添锂对LiPON薄膜离子电导率的影响。结果表明,在溅射功率为120 W时,随着N_(2)/Ar流量比由3∶7升高至7∶3,薄膜离子电导率由1.31×10^(-6)S/cm增至2.24×10^(-6)S/cm;当N_(2)/Ar流量比为7∶3时,随着溅射功率由160 W降至120 W,薄膜离子电导率由2.09×10^(-6)S/cm增至2.24×10^(-6)S/cm。分析认为,高氮气比例和低溅射功率有助于双配位和三配位氮结构含量的提升,从而提高LiPON薄膜的离子电导率。此外,烧结锂片添锂法能有效实现靶材添锂,相同溅射参数下,所制薄膜的离子电导率提升了21.4%。

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

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。

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。

锂磷氧氮电解质在无机薄膜锂电池中的应用

锂磷氧氮(LiPON,lithium phosphorous oxynitride)薄膜具有较高的离子电导率,极低的电子电导率,很宽的电化学稳定窗口等优点而成为全固态无机薄膜锂电池首选的电解质材料。简要介绍了 LiPON 薄膜的特性与制备方法,综述了国内外 LiPON 薄膜为电解质的薄膜锂电池的研究情况,并简要评述了目前薄膜锂电池制备中遇到的困难和今后的研究方向。

含氮磷酸锂薄膜在空气中的稳定性

利用射频(RF)磁控溅射方法制备了含氮磷酸锂(LiPON)薄膜．采用SEM、XRD、XPS等技术以及交流阻抗法和电位线性扫描法,研究了空气湿度对LiPON薄膜形貌、组成和性能的影响．结果表明,LiPON薄膜在湿度为40％的空气环境中放置24 h后,将发生明显的水解反应,使LiPON薄膜表面形貌变得疏松、局部突起;PH3和NH3的产生,使薄膜中磷元素和氮元素含量减少,而Li2CO3的生成,则使薄膜中碳元素和氧元素含量有明显的增加．LiPON电解质薄膜形貌和组成的变化,造成了薄膜电化学性能的严重恶化．

全固态薄膜锂电池研究进展和产业化展望

全固态薄膜锂电池利用固态电解质替代传统电解液,采用多层薄膜堆垛的平面结构,属于新一代的锂离子电池,在军民两用的可穿戴设备、便携式移动电源、汽车和航空动力电池等领域应用前景广阔。该类电池因高安全性、长循环寿命、高比容量和高能量密度等优势性能受到业界广泛关注。本文概述薄膜锂电池的分类和充放电原理,总结正负极、电解质薄膜材料的发展历程和薄膜制备手段的改进,对比各类电池材料的电化学性能,引入该方向最新的研究进展:三维薄膜锂电池,可变形的柔性电池,高电压、大容量电池组。汇总国外商用电池产品、关键优势技术、电池制备设备,提出薄膜锂电池亟待解决的科学问题和国内潜在的产业化方向。

锂磷氧氮电解质薄膜制备与性能研究

首次采用355nm脉冲激光沉积(PLD)法在N2压强26.6Pa、激光能量密度15J/cm2、靶-基片距离5cm、基片温度为室温条件下制备了室温离子电导率为1.6×10-6S/cm、厚度均匀、无针孔、无裂缝的非晶态LiPON电解质薄膜。考察了反应气氛压强、激光能量密度对LiPON薄膜电化学性能的影响,并利用台阶仪、XPS、EDX、SEM等分析方法对薄膜进行表征。

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。