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薄膜锂离子电池关键电极材料的研究_戴新义

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成都电子科技大学2016届博士学位人员名单

成都电子科技大学2016届博士学位人员名单
陈燕
高储能器件薄膜电极制备与研究
光学工程
徐建华
98
201011050302
陈善球
自适应光学高性能实时计算技术研究
光学工程
许冰
99
201211050106
王煦
基于蓝光和黄光的白光有机电致发光器件的研究
光学工程
于军胜
100
201011050307
田竞
惯性稳定平台中的多传感器控制技术研究
信号与信息处理
杨文淑
邓龙江
55
201011030220
闫裔超
XXX多层薄膜材料沉积技术及发火性能研究
微电子学与固体电子学
李言荣
56
201211030218
潘泰松
二维层状晶体场效应器件电学性质的温度效应研究
微电子学与固体电子学
林媛
57
201011030218
李川
微纳米压电复合材料的制备与性能研究
微电子学与固体电子学
刘兴钊
学科、专业
导师
1
201211010103
张家洪
集成光波导三维脉冲电场传感系统研究
光学工程
陈福深
2
201211010215
高宽栋
频控阵雷达阵列优化设计及其目标参数估计方法研究
通信与信息系统
蔡竟业
3
201011010104
赵太银
面向无线网络频率分配的图标号方法研究
通信与信息系统
胡光岷
4
201211010225
微电子学与固体电子学
张树人
65
201211030208
李颖翔
Li-Zn-Ti系微波介质陶瓷介电性能及低温烧结机理研究

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)研究进展

锂离子电池高镍三元正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)研究进展
Li Yue-zhu1, Huang Xing-wen1, Liao Song-yi2, Liu Yi-dong1, Min Yong-gang1
(1. School of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China)
钴酸锂 一般
一般
尚可
较高 热稳定性好
NCM811 最高
一般
一般
最高 易热分解
而富镍层状的镍钴锰酸锂(LiNixCoyMn1-x-yO2(简 称NCM，0 <x，y <1)三元材料虽然也存在缺陷，比如 稳定性较差、安全性能不高等，但因其其他方面性能 相对均衡，兼具有能量密度高、功率密度高、环境友 好等特点被建议作为具有前途的正极材料应用到下 一代锂离子电池中[20-24]。在三元材料中，只有镍和钴 具有电化学活性，锰的存在只是为了稳定晶体结构，
Key words: lithium-ion battery; high nickel ternary cathode material; LiNi0.8Co0.1Mn0 O .1 2 (NCM811); modification technology; conductive additive
由于全球气候变暖备受人们广泛关注，开发可 持续能源是急需的[1-5]，在未来可持续再生能源将会
1.2 NCM811的合成方法 三元NCM811正极材料合成的关键技术在于其

锂离子电池三元正极材料(全面)

锂离子电池三元正极材料(全面)

1997年, Padhi等人最早提出了LiFePO4的制 备以及性能研究 。LiFePO4具备橄榄石晶体结构, 理论容量为170 mAh／g, 有相 对于锂金属负极的稳 定放电平台, 虽然大电流充放电存在一定的 缺陷, 但 由于该材料具有理论比能量高、电压高、环境友好、 成本低廉以及良好的热稳定性等显著优点, 是近期研究的重点替 代材料之一。目前, 人们主要采点用击高添温加固标相题法制备LiFePO4 粉体, 除此之外, 还有溶胶-凝胶法、水热法等软化学方法, 这些方法都 能得到颗粒细、纯度高的LiFePO4材料。
三价锰氧化物LiMnO2是近年来新发展起来的一种锂离子电池 正极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286 mAh／g, 实 际比 容量已达到200mAh／g以上) 的优势。LiMnO2存在多种结构形式, 其中单斜晶系的LiMnO2和正方晶系LiMnO2具有层状材料的结构 特征, 并具有比较优良的电化学性能。对于层状结构 的LiMnO2而 言, 理想的层状化合物的电化学行点为击要添比加中标间题型的材料好得多, 因 此, 如何制备 稳定的LiMnO2, 层状结构, 并使之具有上千次的循 环 寿命, 而不转向尖晶石结构是急需解决的问题。
(1)可以在LiNiO2正极材料 掺杂Co、Mn、Ca、F、Al等 元素, 制成复合氧化物正极 材料以增强其稳定性, 提高充 放电容量和循环寿命。
(2) 还可以在LiNiO2材料中掺杂P2O5 ； 点击添加标题
(3) 加入过量的锂, 制备高含锂的锂镍氧化物。
锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、锰资源丰富、价格低廉及 无毒性等优点, 是最有发展前途的一 种正极材料。锰酸锂主要有尖晶 石型LiMnO4和层状的LiMnO2两种类型。尖晶石型 L iMnO4具有安 全性好、易合成等优点, 是目前研究较多的锂离子正极材料之一。但 LiMn2O4存在John—Teller效应, 在充放电过程 中易发生结构畸变, 造成容量迅速衰减, 特别是在较点高击温添度加的标使题用条件下, 容量衰减更加突 出。三价锰氧化物LiMnO2 是近年来新发展起来的一种锂离子电池正 极材料, 具有价格低, 比容量高(理论比容量286mAh／g, 实际比容量 已 达到200mAh／g以上) 的优势。

高能量密度锂离子电池薄膜负极材料的研究进展

高能量密度锂离子电池薄膜负极材料的研究进展
图1 薄膜锂离子电池实物与结构示意图[2]
1
负极材料体系的性能比较与存在的问题
作为锂离子电池的负极材料 , 其在充放电过程
中必须实现锂离子的可逆嵌入和脱出 . 目前 , 锂离子 电池的正极材料均使用在空气中稳定的含锂过渡金 属氧化物 . 其理论比容量均小于 300 mAh/g, 而实际 容量密度更低 (小于 900 Ah/L), 因此 , 其性能很难再 大幅度提升 [8]. 相对而言 , 在大幅提升锂离子电池容 量及能量密度上 , 负极材料存在较大的选择空间 . 已 商业化应用的石墨负极材料虽具有优异的循环稳定 性 , 但存在理论比容量低、安全性能欠佳等方面的缺 点 . 因此 , 仅通过改性或改进制备工艺很难大幅度提 高碳材料的性能, 无法满足大型高容量动力电池
+
2
负极材料薄膜的主要制备方法
与过渡金属氧化物正极材料相比 , 金属基负极
材料的最大不同在于其可以不含锂 , 薄膜制备过程 中不需要考虑锂的缺失和富余问题 ; 此外 , 一般金属 基负极材料均有良好的导电性和导热性 , 而且熔点 相对较低 . 因此 , 负极薄膜材料制备方法的选用范围 更广 . 根据不同材料体系的特性以及各种制备方法 的适用范围 , 近十几年来用于制备薄膜负极材料的 方法主要有以下 5 种 : (1) 磁控溅射法被广泛应用于 制备 Sn, Al, Si 基合金 [5~7], 以及各种金属氧 /氮化物 薄膜负极材料 ; (2) 化学气相沉积法主要用于制备纳 米结构纯 Si 薄膜和各类金属氧化物负极薄膜 [12~14]; (3) 同属于物理气相沉积 , 电子束蒸发沉积法被广泛 用 于 制 备 不 同 类 型 的 Si 基 和 Sn 基 合 金 薄 膜 负 极 [11,15~19], 而脉冲激光沉积则主要用于制备金属化 合物薄膜负极 [4, 20], 如氧化物、氮化物等 ; (4) 电化学 沉积法已被广泛用于制备纯 Sn[21,22], Sn-Cu[23~25] 和 Sn-Ni[26,27] 等合金薄膜负极以及 Cu2O[28] 等氧化物薄 膜 ; (5) 静电喷雾法也是一种化学沉积方法 , 但其一 般是在高温的金属基集流体上生长薄膜 , 因而它主 要应用于制备氧化物负极薄膜 , 如 SnO2[29], Co3O4[30], Cu2O[31]等 . 值得指出的是 , 在薄膜电极制备中 , 膜层中活性 物质颗粒的纳米结构控制也是提高薄膜负极性能的 重要方面 . 然而采用上述常规单一的薄膜制备方法 难以直接获得具有特定规则结构的膜层 . 因此 , 近年 来 , 采用预制模板 , 结合后续的气相沉积或电化学沉 积 , 获得具有特殊规则精细纳米结构的集流体或活 性物质膜层的研究备受关注 . 例如 , Taberna 等人 [32]和 Hassoun 等人[33]采用 AAO 模板预制了具有纳米柱阵列 的 Cu 集流体 , 然后在其上分别沉积 Fe3O4 和 Ni2Sn3 等活性膜层 . 此外 , 薄膜制备技术和微加工技术的发展 , 特别 是在材料纳米尺寸研究上的突破 , 改变了对无机材

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用

LiNbO3负极薄膜电化学性能及全固态薄膜锂离子电池应用胡雪晨;夏求应;岳钒;何欣怡;梅正浩;王金石;夏晖;黄晓东【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2024(40)2【摘要】全固态薄膜锂离子电池具有易微型化与集成化等优点,因此,非常适合为微系统供电。

负极对全固态薄膜锂离子电池的性能有重要影响。

现有电池通常采用金属锂作为负极,然而其枝晶生长问题及低的热稳定性限制了相应电池在工业、军事等高温、高安全场合应用。

为此,本文系统研究了LiNbO_(3)薄膜的电化学性能,结果表明:LiNbO_(3)薄膜呈现高比容量(410.2 mAh·g^(-1))、高倍率(30C时比容量80.9 mAh·g^(-1))和长循环性能(2000圈循环后的容量保持率为100%),以及高的室温离子电导率(4.5×10^(-8)S·cm-1)。

在此基础上,基于LiNbO_(3)薄膜构建出全固态薄膜锂离子电池Pt|NCM523|LiPON|LiNbO_(3)|Pt,其展现出较高的面容量(16.3μAh·cm^(-2))、良好的倍率(30μA·cm^(-2)下比容量1.9μAh·cm^(-2))及长循环稳定性(300圈循环后的容量保持率为86.4%)。

此外,该电池表现出优秀的高温性能,连续在100℃下工作近200 h的容量保持率高达95.6%。

研究表明:LiPON|LiNbO_(3)界面不论在充放电循环还是高温下均非常稳定,这有助与提升全电池综合性能。

【总页数】7页(P89-95)【作者】胡雪晨;夏求应;岳钒;何欣怡;梅正浩;王金石;夏晖;黄晓东【作者单位】东南大学集成电路学院;南京理工大学材料科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】O646【相关文献】1.全固态薄膜锂离子电池负极和电解质材料的研究进展2.全固态薄膜锂离子电池负极和电解质材料的研究进展3.高端耐用全固态锂电池Sn-Ni合金负极薄膜材料制备及其电化学性能研究4.水利水电工程中堤坝渗漏原因以及防渗加固技术探讨5.硅碳复合薄膜作为锂离子电池负极材料的电化学性能及储锂机理因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

锂离子电池正极材料LiMnO2的制备及改性研究的开题报告

锂离子电池正极材料LiMnO2的制备及改性研究的开题报告

锂离子电池正极材料LiMnO2的制备及改性研究的开题报告一、研究背景锂离子电池正极材料是锂离子电池中的重要组成部分，直接影响着锂离子电池的性能和寿命。

目前，锂离子电池正极材料主要有锂钴酸锂（LiCoO2）、锂铁酸锂（LiFePO4）、钴酸钴锂（LiNiCoO2）等。

然而，这些材料存在着很多问题，如成本高、安全性差、循环寿命不够长等。

因此，开发一种新型的锂离子电池正极材料是十分必要的。

LiMnO2是一种具有良好电化学性能的锂离子电池正极材料，它具有容量大、循环寿命长、安全性高等优点。

然而，LiMnO2的电导率较低，电极材料内存在着较多的微观缺陷，导致LiMnO2的循环寿命和能量密度等问题亟待解决。

因此，本研究旨在制备高性能的LiMnO2正极材料，并对其进行改性研究，以提高其电化学性能，进一步推广其在锂离子电池中的应用。

二、研究内容1. LiMnO2正极材料的制备采用化学共沉淀法制备LiMnO2正极材料，确定不同工艺条件（如沉淀温度、沉淀时间、pH值、浓度等）对其物理化学性质的影响，优化制备工艺，得到高纯度、晶体完整的LiMnO2正极材料。

2. LiMnO2的结构表征采用X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等常规表征方法对制备出的LiMnO2进行结构表征，深入研究其晶体结构、晶级、形貌等特征。

3. 改性研究通过掺杂、表面修饰等方法对LiMnO2正极材料进行改性研究，提高其电化学性能。

探究改性后的LiMnO2的性能参数（如容量、导电性能、循环寿命等）和电化学机理，确定最佳改性方案。

4. 系统评价对改性后的LiMnO2正极材料进行系统评价，分析其优点和缺点，探讨其在锂离子电池中的应用前景。

三、研究意义本研究旨在制备可通过经济、可持续且可规模化的方法制备的高性能LiMnO2正极材料，并对其进行改性研究，提升其电化学性能和循环寿命，为锂离子电池领域的发展做出贡献。

同时，本研究可以为其他材料的研究提供参考，为推广新型锂离子电池的应用奠定基础。

锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展

锂离子电池负极材料磷酸钛锂研究进展叶嘉明;李昌明【摘要】NASICON结构的磷酸钛锂[LiTi2(PO4)3]作为新型的锂离子电池负极材料,具有环境友好、循环性能好、优异的热稳定性等优点,被认为是最具有应用前景的负极材料.LiTi2(PO4)3具有138 mA·h/g的理论容量和2.5 V的平稳放电平台,但是LiTi2(PO4)3电子电导率低、锂离子扩散系数小等缺点限制了其实际应用.因此,针对以上缺点,众多研究者通过对LiTi2(PO4)3进行改性,极大地提高其电子电导率和锂离子扩散系数.简单介绍了LiTi2(PO4)3的结构与性能,主要从制备方法和改性方法两方面综述了近年来的研究进展,并指出了LiTi2(PO4)3材料目前研究存在的问题,展望了未来的应用前景.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2019(051)005【总页数】6页(P17-22)【关键词】锂离子电池;磷酸钛锂;负极材料【作者】叶嘉明;李昌明【作者单位】五邑大学智能制造学部,广东江门529020;五邑大学智能制造学部,广东江门529020【正文语种】中文【中图分类】TQ131.11鉴于全球能源危机和环境污染的日益严重，人们正积极寻找可代替的再生清洁能源。

而太阳能、风能等能源间歇性的特征并不能稳定应用，锂离子电池作为绿色环保的能源，具有高能量密度、长的循环寿命和环境友好等优点，得到人们的关注和大量研究。

商业化应用广泛的石墨负极，随着快速充电技术的发展，已经不能满足发展需求。

因此，具有NASICON结构的 LiTi2（PO4）3被认为是极具应用前景的负极材料之一［1-4］。

1 磷酸钛锂的结构与性能NASICON 结构的 LiTi2（PO4）3属于正交晶系，空间群R3c，具有三维空间晶体结构和沿着c轴开放的离子传输通道、稳定平坦的放电平台，相对于锂电极的电极电势约为 2.5 V。

LiTi2（PO4）3由于 P—O 强共价键的存在，而非范德华力的作用，使得其在Li+脱嵌状态中有良好的稳定性。

锂离子电池用SiFeSi薄膜负极材料的研究的开题报告

锂离子电池用SiFeSi薄膜负极材料的研究的开题报告题目：锂离子电池用SiFeSi薄膜负极材料的研究摘要：锂离子电池作为目前应用最广泛的电池之一，在移动通讯、电动汽车、新能源等领域受到广泛关注。

研发高性能、高安全性、低成本的锂离子电池材料是当前研究的热点之一。

在负极材料中，硅材料的容量密度很高，但在充放电过程中容易发生体积膨胀引起的严重结构破坏，从而限制了其在电池中的应用。

SiFeSi薄膜是一种新型的硅负极材料，具有较低的膨胀性和较高的容量密度，因此成为了当前研究的热点之一。

本文拟通过对SiFeSi薄膜的结构、电化学性能等方面的研究，探究其在锂离子电池中的应用前景。

关键词：锂离子电池；SiFeSi薄膜；负极材料。

一、研究背景锂离子电池作为当前应用最广泛的电池之一，被广泛应用于电子产品、电动汽车、新能源等领域。

锂离子电池由正负极材料、电解液和隔膜等组成，其中负极材料的性能直接影响电池的性能。

目前，负极材料主要包括石墨、硅及其合金等。

硅材料作为一种有前途的负极材料，具有较高的容量密度。

然而，在充放电过程中容易发生体积膨胀引起的严重结构破坏，导致材料性能急剧下降。

为了解决这个问题，研究人员提出了许多方法，如利用纳米结构、多孔材料和复合材料等。

除此之外，发展新型的硅负极材料也成为了当前研究的热点之一。

SiFeSi薄膜是一种新型的硅负极材料，具有较低的膨胀性和较高的容量密度，是当前研究的热点之一。

但与传统的硅材料相比，SiFeSi薄膜的电化学性能研究还相对较少，因此探究其在锂离子电池中的应用前景具有重要意义。

二、研究内容和方法本文拟通过对SiFeSi薄膜的结构、电化学性能等方面的研究，探究其在锂离子电池中的应用前景。

具体的研究内容和方法如下：1. SiFeSi薄膜的制备和表征：采用物理气相沉积法制备SiFeSi薄膜，利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段对其进行结构表征和形貌分析。

105 新型薄膜锂离子电池电极材料-脉冲激光沉积氟化银薄膜 (第十五届全国电化学会议-锂电专场论文集)

新型薄膜锂离子电池电极材料-脉冲激光沉积氟化银薄膜崔艳华1，2 汪小琳1李达2苏伟1 刘效疆1傅正文2（1. 中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621900；2. 复旦大学化学系激光化学研究所，上海200433, cuiyanhua@）摘要：采用脉冲激光沉积法在不锈钢基片上制备了纳米结构的氟化银薄膜. 充放电测试显示该薄膜具有380 mAh·g-1的首次放电容量. 循环伏安曲线显示在1.9 V和2.2V处出现了一对可逆的氧化还原峰. X射线衍射表明沉积得到的是多种价态混合的氟化银薄膜. 该薄膜较高的放电平台和良好的可逆性显示了它作为薄膜电池正极材料的潜力。

关键词：氟化银薄膜, 脉冲激光沉积, 锂离子电池中图分类号：O646.3 文献标识码：AElectrochemical Properties of Silver Fluoride Films Fabricated by Pulsed LaserDepositionCUI Yan-Hua1 WANG Xiao-Lin1 LI Da2 SU Wei1 LIU Xiao-Jiang1 FU Zheng-Wen2*(1. Institute of Electronic Engineering, China Academy of Engineering Physics, Mianyang, Sichuan, 621900, China; 2. Department of Chemistry andLaser Chemistry Institute, Shanghai, 200433, China，cuiyanhua@)Abstract：Nanostructured Silver Fluoride thin films have been prepared by pulsed laser deposition (PLD) on stainless steel substrates. Charge and discharge curves show a high first diacharging capacity of about 380 mAh·g-1. Cyclic voltammograms show that a redox couple of reduction and oxidation peaks at 2.2 and 1.9 V appear for the first time. The structure of the as-deposited film was characterized by X-ray diffraction (XRD) and the result showed it is a composite film including silver fluorides with different valences. The advantage of electrochemical reversibility and stable discharging pleatue around2.0v showed its potential as a lithium storage material for lithium ion batteries.Key words：Silver fluoride thin film, Pulsed laser deposition, Lithium-ion batteries过渡金属氟化物由于分子量较低, 因此拥有较高的理论容量, 是一类值得研究的储锂材料. Li等系统地研究了过渡金属氟化物的电化学性能, 从热力学角度计算得到的理论容量和实际放电容量有很大差异, 他们认为氟化物的循环性能和放电后产物颗粒大小以及在氟化物中的分布形式有着密切关系[1-2]. Badway等制备出了碳与过渡金属氟化物的混合纳米颗粒, 提高了金属氟化物的电化学活性[3，4]. Makimura等报导了FeF3纳米薄膜的电化学行为[5]. 他们的实验结果显示FeF3纳米薄膜的充放电曲线与FeF3粉末电极的放电平台完全不同. 最近, 我们课题组采用脉冲激光沉积法制备了一系列过渡金属氟化物薄膜, 包括CoF2, NiF2, CuF2等, 研究结果显示它们具有各不相同的电化学活性和反应机理[6-8]. 本文利用脉冲激光沉积法 (PLD) 制备了纳米结构的氟化银薄膜电极, 测试了其作为锂离子电池电极材料的电化学性能。

理化所纳米纤维锂离子电池隔膜项目通过北京市验收

理化所纳米纤维锂离子电池隔膜项目通过北京市验收
佚名
【期刊名称】《《新材料产业》》
【年(卷),期】2008(000)002
【摘要】2007年12月26日，北京市科委、北京新材料发展中心组织专家组到理化所进行“静电纺丝法制备纳米纤维锂离子电池隔膜研究”项目的评审验收。

北京新材料发展中心万荣副主任、北京市科委新材料处主管工程师及相关负责人员参加了验收会。

【总页数】1页(P82)
【正文语种】中文
【中图分类】F744
【相关文献】
1.纳米纤维素与木浆混抄制备锂离子电池隔膜的性能研究 [J], 毛慧敏;陆赵情;何志斌;李双晓;童树华
2.三层自增强PAN纳米纤维复合锂离子电池隔膜的制备与电化学性能研究 [J], 杨文娟;陈洪立;柯鹏;焦晓宁
3.锂离子电池用纳米纤维隔膜的开发和研究 [J], 徐千惠;陈泰伊;郑怡筱;周荣鑫;赵欢欢;葛烨倩
4.锂离子电池用纳米纤维隔膜的开发和研究 [J], 徐千惠; 陈泰伊; 郑怡筱; 周荣鑫; 赵欢欢; 葛烨倩
5.纳米纤维素/Al_(2)O_(3)胶体/PE锂离子电池隔膜的制备及其成膜机理 [J], 时培东;胡春蕊;郑苗苗;赵娟;刘锐;贾原媛
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光强度
LiCoO2(003)
160mJ/cm2 130mJ/cm2
90mJ/cm2
10
20
30
40
50

2θ/ o
图2 不同脉冲激光功率下制备的LiCoO2薄膜的X射线衍射图
图3 膜厚为450nm的LiCoO2薄膜的截面SEM图
伴随有后续退火工艺[29-30]。后续退火 工艺的引入不仅增加了实验参数和设 备，使薄膜生长工艺复杂化，而且增加 了薄膜生产过程中的能耗及成本。因 此，笔者所属课题组探索了L i C o O2薄 膜的原位高温生长工艺[31]，重点研究 了射频磁控溅射过程中基片温度因素 对L i C o O2薄膜结构、形貌及电化学性 能的影响。由于成膜过程一直保持在 一定的温度状态，相当于对薄膜进行 了原位退火处理，从而可以省去后续 的退火工艺。
积的L i C o O2薄膜表现出平稳的充放 电电压特性、接近理论值的比容量和
氧 气 提 出 了 较 高 要 求。因 此，研 究 人 员迅速将视线转移至常规锂离子电
时，没有明显的X R D衍射峰，原因有 2 方面 ：①其厚度在X R D的探测灵敏度
良好的循环性能。以上结果表明，适 池的负极材料[32-34]。
本文侧重于笔者所属课题组在 全固态薄膜锂离子电池薄膜电极方 面所做的相关工作，主要包括正极薄 膜和负极薄膜 2部分。在正极薄膜部 分，系统地介绍了在脉冲激光沉积法 和磁控溅射法制备钴酸锂（L i C o O2） 薄膜过程中，激光束能量和基片温度 等薄膜制备工艺参数对其微观结构、 表面形貌及其电化学性能的影响 ；在 负极薄膜部分，介绍了锡（S n）基薄膜 结构变化对薄膜形貌及电化学性能 的影响 ；通过优化薄膜电极制备工 艺，得 到 性 能 较 优 的 薄 膜 电 极，为 高
现了择优生长。将上述薄膜电极组装 为液体电解质半电池，测试其电化学
二、锡基负极薄膜的研究
墨成功制备的石墨化碳薄膜负极，表 性能。对于薄膜初始生长阶段形成的
薄膜电池使用致密的无机物电 现出了较好的电化学性能。但是，制备 样品，充放电测试时没有观察到晶态
综合上述研究结果可以得出结 论，在适当的范围内，随着脉冲激光功 率的增加，L i C o O2薄膜的结晶程度不 断增强，同时，适当控制薄膜的厚度有 利于得到具有特定择优取向且电化学 性能良好的LiCoO2薄膜。 2.射频磁控溅射制备LiCoO2薄膜
在传统的薄膜制备工艺中，采用 射频磁控溅射制备L i C o O2薄膜经常
点，也代表着微纳电池体系一个重要 的发展方向。
薄膜电极是全固态薄膜锂离子电 池的核心组成部分，其性能的好坏将 直接影响全电池的品质。因此，电极材 料的薄膜化是当前国内外科技工作者 研发的热点之一[4-13]。薄膜电极的研究 主要包括以下几个方面 ：①开发新的 薄膜电极材料及制备工艺 ；②探索新 的储锂机制 ；③优化薄膜电极结构， 提高其电化学性能 ；④提高薄膜电极 与固态电解质、金属集流体之间的结 构及工艺匹配度，改善界面性能，提升 电池整体性能。
高的科学研究价值和诱人的市场前 景。显然，鉴于微型器件的工作特点， 选用可以独立供能的化学电源是一 个必然选择。常规电池由于尺寸和质 量较大，明显不适合充当这些微型装 置的内置电源。一种可行的解决途径 就是利用薄膜制备技术，将常规电池 体积微型化、轻量化，形成特种电池，
然后作为嵌入式供能单元与电路芯 片集成在一起，形成一体化有源微型 装置。
在多种薄膜电池体系中，全固态 薄膜锂离子电池因具有安全性能好、 能量密度高和循环寿命长等优点而 备受青睐[1-3]。全固态薄膜锂离子电池 的工作原理与常规的液体电解质锂
新材料产业 NO.9 2012 15
腾新飞材中料的产北业“京十半二导五体”照发明展产规业划
离子电池原理相同，都是通过锂离子 在正负极之间的可逆往返运动实现 能量存储及与外界的能量交换。薄膜 电池具体结构如图 1所示，是由正极 集 流 体 层、正 极 材 料 层、固 体 电 解 质 层、负极材料层、负极集流体层、封装 保护层所组成的多层薄膜结构器件， 总厚度一般不超过 20μ m。薄膜电池 不具有自支撑性，一般整个电池需固 定 在 特 定 基 片 上（可 以 为 硬 质 基 片， 如 ：单晶硅片 ；也可为柔性基片，如 ： 聚酰亚胺片）。
性能全固态薄膜锂离子电池的制备 打下基础。
一、LiCoO2薄膜正极
正极薄膜材料是影响锂离子电 池性能的关键之一。尽管理论上可以 用作锂离子电池正极材料的物质很 多，但 能 够 实 际 应 用 的 并 不 多。正 极 薄膜材料制备过程中涉及的因素繁 多，稍有改变就会导致材料结构和性 能出现明显差异。LiCoO2是常规锂离 子电池广为采用的正极材料，由于结 构简单，也是薄膜锂离子电池的重要 备选正极材料之一。常用的L i C o O2 薄膜制备方法包括脉冲激光沉积法 (Pulsed laser deposition)[12,14-18]、射 频 磁 控 溅 射 沉 积 法[5-8,19-20]、溶 胶-凝 胶 法[21-23]和 喷 雾 热 分 解 法[4,24-25]等。 由于脉冲激光沉积法及射频磁控溅 射沉积法制备的薄膜表面平整、结构 相对可控，且薄膜成分与靶材基本一 致，近 年 来，被 广 泛 应 用 于 制 备 薄 膜 锂离子电池的电极[12-19]。 1.脉冲激光沉积法制备LiCoO2薄膜
新材料产业 NO.9 2012 17
腾新飞材中料的产北业“京十半二导五体”照发明展产规业划
金属锡比容量高、导电性好、价格
便宜，且可以采用多种简单方式制备
为金属薄膜，是一种理想的薄膜负极
材料。笔者所属课题组采用直流磁控
溅射的方法制备了纯锡薄膜和锡-钛
（Sn-Ti）合金薄膜[37-38]，相关研究进展
固 定 激 光 功 率，改 变 薄 膜 沉 积 时间，可以发现，随着沉积时间延长， L i C o O2薄 膜 厚 度 由 200n m增 加 到 450n m时，薄膜表面变得粗糙，如图 3 所示。同时，当薄膜厚度大于 300n m 时，纳米柱状颗粒大小不再均匀，这与 L i C o O2薄膜由（003）择优取向转变为 （104）/（101）择优取向有关。随着薄膜 厚度的增加，最小体积应变能逐渐取 代最小表面能成为薄膜生长的主导驱 动力，从而表现出反映最小体积应变 能的（104）/（101）择优取向。半电池测 试结果表明，具有（104）/（101）择优取 向的LiCoO2薄膜由于更有利于锂离子 的输运，表现出了更佳的电化学性能。
小，形成准连续的薄膜 ；随着厚度进一 步增加至 1500nm，颗粒的数目大幅度
且使薄膜生长过程中的残余应力得 融状态的金属锂负极容易导致电池 减小，颗粒尺寸接近 500nm量级，且表
以释放，从而减少薄膜缺陷。电化学 发生短路。另外，金属锂薄膜负极的 现出明显的晶面形状。相应的X射线衍
测试结果表明，在较高基片温度下沉 使用对薄膜电池封装层的防水和防 射（X R D）谱图表明，在薄膜厚度较薄
在薄膜制备过程中，沉积粒子的 能量对薄膜的生长机制、微观结构及 电 化 学 性 能 有 重 要 的 影 响[26]，同 时，
封装保护层
负极层 固体电解质层
正极层 正极集流体层
基片
负极集流体层
16 Advanced Materials Industry
图1 全固态薄膜锂离子电池结构示意图
锂电专刊
LiCoO2薄膜的微观结构与薄膜沉积厚 度密切相关[20]。因此，笔者重点研究了 脉冲激光功率及薄膜厚度对LiCoO2薄 膜的微观结构、表面形貌及电化学性 能 的 影 响[12,27-28]。随 着 脉 冲 激 光 功 率 密度从 90mJ/cm2增加到 160mJ/cm2， LiCoO2薄膜结晶度不断提高，见图 2， 同时，薄膜形貌发生了明显变化，由较 疏松纳米片状逐渐演变为致密纳米柱 状，且薄膜的表面越来越平整。以金属 锂片为对电极，以薄膜L i C o O2为工作 电极组装半电池并进行充放电等电 化学测试，发现脉冲激光功率密度为 160mJ/cm2时制备的高结晶度且表面 平整的样品具有最高的充放电容量及 最好的循环性能。
如下 ：
1.纯锡薄膜负极
采用金属铜箔作为衬底，借助直
流磁控溅射方法制备不同厚度的金属
锡薄膜。随着薄膜厚度从 5nm增加到
1500n m，沉积在铜箔表面的锡首先呈
现分立的纳米颗粒，表现出岛状生长
模式的特点 ；随着厚度增加，颗粒的尺
寸逐渐增大，粒子之间的间距逐渐缩
全固态薄膜锂离子电池不仅是下一代化学电源的研究热点，也代表着微纳电池体系一个重 要的发展方向
之外 ；②材料处于非晶态，随着薄膜厚
当提高基片温度有利于得到结晶度
鉴于碳材料已经被广泛作为商业 度的增加，代表（200）和（101）晶面的信
高、结构缺陷少和具有良好电化学性 化锂离子电池的负极，碳薄膜可否作 号逐渐出现并迅速增强，表明薄膜出
能的LiCoO2薄膜。
为薄膜电池的负极引起了研究者的较 大 兴 趣[32,35]。通 过 采 用 电 子 束 蒸 发 石
锂电专刊
李晶泽 电子科技大学教授、博士生导师，教育部新世纪人才计 划项目获得者。1997年开始从事锂离子电池方面工作研究。近年 来，作为负责人承担国家自然科学基金委员会面上项目2项、自然 基金国际交流合作项目2项、教育部高等学校博士学科点项目1项 及其他科研项目多项。在Advanced Materials、Journal of The Electrochemical Society等国际一流杂志发表文章近30篇，申请8 项国内专利、2项日本专利和1项国际专利。 在国际上率先研究纳米氧化亚锡新型负极材料与液体电解质之间 的相互作用关系，指出了SEI膜的主要成分。在聚丙烯腈体系中， 通过简单添加锂盐，制备了“盐在聚合物”新型全固态聚合物电 解质。在正极材料方面，较早通过材料尺寸纳米化的手段探讨了硫化铜、硫化钴等硫化物作为低电 压型锂离子电池正极的可能性。近年来，在薄膜锂离子电池及纳米结构化薄膜电极方面倾注了较大 精力。