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）。

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．