用于全固态电池的无机电解质薄膜制备与性能研究.pdfVIP

耩臻 摘要 遮羞旗予器{串不叛蠢擞鍪他、轻量讫方淹发鼹，逵镪篓求徽，l、足寸懿位学奄 Mechanical 源与之相匹配。特别是微电子机械系统(Micro．Electronic Systems， MEMS)技术发璇静需要，镟电洮已弓}蔻久们鲍麓褫。稀蒋己矛震研究的徽电法 系列有：微型锌镍电池，微型全阉态锂电池，微毅太阳电池，微挝温差电池，微 黧燃料电池等。箕中微鹫全固态镶电溏被认为是激合适的电源之～，因为锤是最 较的金属元素，网对电负性最大，能够提供高比缝量。这种电池蠢望用予小型卫 疆、便携式电子设备、空间技术、国防工业等方谣。国内外已经报道了许多用于 全固态薄貘埋电港豹电羧薄膜耪料，毽惑瓣震薄膜静臻突明显落惹予奄投滓貘， 这已经成为限制全固态薄膜锂电池的进一步完善幂口提高，以及从实验室走向市场 鹃沉重羁簿。因诧，醑翻篱性畿、低成本鲍电解溪薄膜辩歼发全潮态薄袋电涟其 有非常重安的意义。 本文选择引人注目的两种电解质薄膜锂磷氧氮(LiPON)和锂钒硅氧 朕和Li-V-Si—O薄膜，考察了各种沉积条件对薄膜性质的影响。利用电化学方法 和其它分析技术对两种电解质薄膜电化学性质以及结构特征进行了比较详细的 磷究。以LiPON秘Li3P04舞电熬覆，耪步毒l冬了三耪全霾态薄膜锂电漶，这对 于开发新的制备企固态薄膜锂电池工艺鼠有重要的指导意义。本文主要包括以下 凝结巢： l、罄次剩爱紫辨(355 nm)躲滓激毙淀积技术裁各LiPON惫解痿薄貘。增 大N2气氛压强以及激光能量密魔有利于提高LiPON薄膜的离子电导率。然而， 过离静N2压力将逶缩羽袄物静长度并降低沉积速率。在№气氛蕊强200mYorr、 激光能量密度15 h J／cm2、靶子一基片距离5era、基片温度为象温以及沉积时间1．0 的反应条件下，用脉冲激光溅射Li3P04靶成功地沉积了表面粗糙度较小、厚度均 x 10咱 匀、无针孔和裂缝的；#晶态LiPON电解溪薄膜，其室强离子电导零达1。6 摘要 电导率活化能为O．58 薄膜结构进行表征。该薄膜具有非晶态结构，这有利于锂离子的传导。N元素插 可能增加了薄膜中的网状结构，从而提高了离子电导率，降低了活化能。 2、首次采用紫外(355 rim)脉冲激光沉积技术制备了Li．V．Si．O电解质薄膜。 薄膜的性质与基片的温度、激光能量密度以及反应气氛压强密切相关，随着基片 温度的升高，Li—V．Si．O薄膜变得更加致密。然而，在基片温度高达400。C时所 沉积的Li—V-Si—O电解质薄膜，虽然比较致密但表面出现～些凝聚的小颗粒，增 大了粗糙度。02气压强对于薄膜的电化学性质影响较小，而对薄膜的表面形貌 影响较大。当反应气氛压强较小时，薄膜的沉积速率较大，但薄膜的表面粗糙度 增大，甚至有许多微米级的颗粒出现。当反应气氛压强较大时，羽状物被压缩得 很小，大大降低了薄膜的沉积速率。在较低的激光能量密度下，薄膜比较均匀， 但很疏松，薄膜离子电导率较低。随着激光能量密度增大，薄膜的密度提高，从 而使其离子电导率增大。在反应气氛压强50 mTorr，激光能量密度12J／cm2，基 片温度300。C时制备了结构致密、表面比较光滑、厚度均匀的Li．v．Si．O电解质 薄膜。已测得该薄膜室温时的离子电导率为4．0x10～S／cm，离子电导率活化能为 O．55 eV，电化学稳定性窗口不小于3．5 V。Li—V—Si．O电解质薄膜具有很高的离子 迁移数(，。。，P99．9％)，表明电解质薄膜导电过程中载流体主要是锂离子，而电子电