薄膜锂离子电池Cu-Sn负极与LiPON电解质薄膜的制备及性能研究
【摘 要】
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锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优点,在移动通信、微机械电子、生物医学工程等领域具有重要的应用价值。
本文采用电子束蒸发沉积法制备了Cu-Sn合
【机 构】
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华南理工大学
【出 处】
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华南理工大学
【发表日期】
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2009年期
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锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长等优点,在移动通信、微机械电子、生物医学工程等领域具有重要的应用价值。
本文采用电子束蒸发沉积法制备了Cu-Sn合金负极薄膜,并对其进行了退火处理。实验结果表明:通过对Cu/Sn薄膜表面进行镀Cu改性,能够显著提高Cu-Sn薄膜电极的循环性能。因为Cu/Sn/Cu薄膜的部分Sn会与Cu合金化生成Cu6Sn5相,增强了薄膜中活性物质Sn与Cu基体间的结合力,从而有效减缓充放电反应过程中的体积膨胀效应,较大幅度地提高了电极的循环性能。并且Cu-Sn薄膜在首次放电过程中没有观察到不规则的不可逆放电平台和SEI膜的形成。
经185℃保温10小时退火处理后,Cu-Sn薄膜中的Sn与Cu完全合金化,生成Cu6Sn5和Cu3 Sn合金相。由于合金相增强了Cu-Sn膜层之间的结合强度,避免了Cu-Sn薄膜在循环过程中过早粉化破坏,经过50个循环之后,其放电容量、库伦效率保持良好,循环稳定性得到很大提高。
本文还采用射频磁控溅射法,利用粉末冶金法烧结的Li3PO4靶材制备了LiPON固体电解质薄膜,实验结果表明:只有直流磁控溅射法制备的Al集流体薄膜与LiPON薄膜构成的Al/LiPON/AI“三明治”结构,可以测试出LiPON的真实阻抗值,适合做为LiPON薄膜的集流体使用。主要原因是直流磁控溅射法制备的Al集流体薄膜表面具有最佳的形核生长条件,利于LiPON生长,从而使Al衬底与LiPON薄膜间具有最高的结合强度。
在Al薄膜集流体上制备的LiPON固体电解质薄膜主要成分均为非晶态LiPON,薄膜表面致密,没有明显的裂纹和针孔等缺陷存在。N元素进入LiPON薄膜内部,与P分别形成P-N
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