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《电子科技大学》 2018年
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薄膜锂电池正极钴酸锂制备及改性研究

张磊  
【摘要】:锂离子电池于1991年实现商业化应用后,获得了飞速的发展,如今已普遍应用于3C领域。近年来,随着微机电系统和智能可穿戴设备的发展,与之匹配的电源系统显得愈加重要,因此,薄膜化和微型化便成为锂电池发展的必然趋势之一,薄膜锂电池由于其具有能量密度高、循环寿命长、安全可持续性等优点已经成为微电子能源供应的重要组成部分。正极薄膜在固态薄膜锂电池中占据着关键地位,正极在容量、倍率、循环稳定性等方面表现的好坏与否将会直接体现在整个电池之中。因此,开发性能优异的正极薄膜是固态薄膜电池的关键环节。在已开发的正极材料中,LiCoO_2是最适合作为薄膜正极的材料之一,具有以下优势:(1)LiCoO_2具有较高的平台电压及放电比容量,可以保证全固态薄膜锂电池能量供应;(2)LiCoO_2在充放电过程中体积变化小(1.9%),产生应力小,不会导致电极的开裂脱落及电池膨胀;(3)LiCoO_2具有相对较好的导电性,可以满足在无导电添加剂条件下的电子输运。基于此,本文利用磁控溅射技术制备了薄膜锂电池正极LiCoO_2,并进行了改性和全固态薄膜锂电池的制备,具体研究内容如下:(1)利用磁控溅射镀膜技术,探究了基片的原位加热温度、溅射功率、含氧量和薄膜厚度对LiCoO_2性能的影响。研究发现,在仪器的现有条件下,随着薄膜沉积基底温度的提升,LiCoO_2薄膜的(003)晶面的衍射峰强逐渐增强,结晶性变好,充放电曲线的平台更加明显平直,比容量保持率也逐步提高;其中溅射功率为160W、含氧量为20%的样品性能最佳,所制备样品衍射峰较强,表面平整致密,电化学性能良好;随着厚度的增加,样品的初始放电比容量有所下降,但循环稳定性提高。最后在此基础上,对LiCoO_2薄膜进行了LiF包覆改性和共溅射掺Al改性,LiCoO_2高压下的循环性能均有一定的提高。(2)在LiCoO_2薄膜的制备基础之上,设计制备了全固态锂电池:首先采用直接贴锂压合的方式,制备了全固态准薄膜电池,极化较大;基于此,进行了Li金属薄膜的制备,制备的Li金属薄膜在固态电池中循环非常稳定,50周无衰减,最后合理设计结构,以LiCoO_2为正极,Li PON为固态电解质,Li金属为负极,分别在硬质石英基底和不锈钢柔性基底上制备了全固态薄膜锂电池,50周比容量保持率均为90%以上。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM912

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