学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

物理气相沉积法制备全固态薄膜锂离子电池正极材料LiCoO_2

作　者: 陈国光
导　师: 张鹰
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: LiCoO2薄膜 PLD RF 薄膜锂离子电池择优取向
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 183次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着电子器件不断的微型化,加之微电子机械系统(Micro-Electronic Mechanical Systems, MEMS)技术发展的需要,常规电池组成的能源供应系统普遍比其要支持的微型系统大,因此全固态薄膜锂离子电池的研究日益为人们所重视。锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。而正极材料的开发是制约锂离子电池性能进一步提高的重要因素。尽管本文则选择了目前研究较为成熟,并且已经投入商业化运作的正极材料LiCoO2作为研究对象,但是该材料在作为全固态薄膜电池的正极材料应用时,即在充当薄膜电极时,依然有值得研究的方面。影响薄膜电性能的因素是多方面的,本文对其中之一因素——LiCoO2薄膜的微结构进行了一系列的研究。分别采用脉冲激光沉积法(Pulse Laser Deposition-PLD)技术和射频磁控(Radio Frequency-RF)溅射两种物理气相沉积法在不同的基片上生长LiCoO2薄膜,并对其结构进行表征测试。本文针对全固态薄膜锂离子电池的正极材料LiCoO2薄膜的性能要求,分别对PLD以及RF工艺参数进行优化,从而得到结晶度良好,择优取向明显的LiCoO2薄膜。主要结果如下:优化PLD工艺参数,分别在Si基片上、Au基片上以及SS (Stainless steel)基片上沉积出结晶性良好呈现(003)、(104)择优以及随机取向的LiCoO2薄膜。优化RF工艺参数,首先在Si基片上获得了结晶性良好的(003)择优取向的LiCoO2薄膜,而后发现其XRD峰强一直无法提高,后改用Au基片,生长出了具有明显(104)择优取向的LiCoO2薄膜。从而得出PLD比较容易沉积出c-axis择优的LiCoO2薄膜,而RF则比较容易得到a-axis择优的LiCoO2薄膜。在手套箱中将样品组装成原理电池,而后进行恒流循环充放电测试、循环伏安法等一系列的电性能测试,得到了使用PLD法沉积在SS基片上的,首次放电容量为111.9mAh/g(81.7%理论容量值),在10次充放电循环中,容量衰减度为1.80%/cycle的LiCoO2薄膜样品;以及使用RF法沉积在Al基片上的,首次放电容量为128.5mAh/g(93.8%理论容量值),在10次充放电循环中,容量衰减度为0.35%/cycle的LiCoO2薄膜样品。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-26
  1.1 薄膜锂离子电池  9-11
  1.2 锂离子电池正极材料  11-17
    1.2.1 钴酸锂  12-13
    1.2.2 镍酸锂  13-14
    1.2.3 锰酸锂  14
    1.2.4 钴酸锂的微结构  14-17
  1.3 脉冲激光沉积法制备钴酸锂薄膜研究进展  17-24
    1.3.1 激光能量  17-18
    1.3.2 基片温度  18-20
    1.3.3 氧分压  20-22
    1.3.4 靶材组分  22-24
  1.4 选题的目的和意义  24-26
第二章实验设备及原理  26-38
  2.1 钴酸锂薄膜的制备  26-32
    2.1.1 脉冲激光沉积设备和工作原理简介  26-29
    2.1.2 射频磁控溅射沉积系统设备和工作原理简介  29-32
  2.2 钴酸锂薄膜结构表征  32-35
    2.2.1 X 射线衍射分析  32-33
    2.2.2 扫描电子显微镜  33-35
    2.2.3 拉曼光谱(Raman)  35
  2.3 钴酸锂薄膜性能表征  35-38
    2.3.1 电池结构  35-36
    2.3.2 恒流充放电测试  36
    2.3.3 循环伏安测试  36-38
第三章脉冲激光沉积法制备钴酸锂薄膜  38-66
  3.1 制备靶材  38-44
    3.1.1 单一靶材的制备  38-41
    3.1.2 掺杂氧化锂靶材的制备  41-44
  3.2 制备薄膜  44-62
    3.2.1 激光强度对薄膜结构及电化学性能的影响  44-49
    3.2.2 基片温度对薄膜结构的影响  49-52
    3.2.3 氧分压对薄膜结构及电化学性能的影响  52-55
    3.2.4 基片对薄膜结构的影响  55-59
    3.2.5 沉积后退火处理对薄膜结构的影响  59-60
    3.2.6 靶基距对于薄膜结构的影响  60-62
  3.3 薄膜结构对薄膜电性能的影响  62-64
  3.4 小结  64-66
第四章磁控溅射沉积法制备钴酸锂薄膜  66-76
  4.1 制备靶材  66-68
  4.2 制备薄膜  68-74
    4.2.1 射频源入射功率对薄膜结构的影响  68-70
    4.2.2 靶基距与离子源对于成膜的影响  70-72
    4.2.3 基片对薄膜结构的影响  72-73
    4.2.4 沉积时间对薄膜结构的影响  73-74
  4.3 氩气氧气比对薄膜结构的影响  74
  4.4 小结  74-76
第五章钴酸锂薄膜的晶体结构与电化学性能之关系  76-81
第六章结论与创新点  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
攻读硕士学位期间取得的研究成果  88-89

物理气相沉积法制备全固态薄膜锂离子电池正极材料LiCoO_2

内容摘要

全文目录

相似论文