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鋰鈷氧化物作為可充電鋰電池的陰極材料

文章出處:責任編輯:人氣:-發表時間:2019-07-11 13:32【

鳳谷技術團隊此次研究了鋰鈷氧化物作為可充電鋰電池的陰極材料。LiCoO2的結構由占據菱面體晶格八面體位置的鋰和鈷原子交替層組成,通過鈷氧化的相應變化,可以可逆地從這些層中提取鋰離子。近年來,氧化鈷鋰薄膜被用作電致變色窗的對電極和鋰離子電池的陰極(7-10)。本實驗室對基于V20sLiMn2O4陰極的薄膜鋰電池進行了多年的研究(11-13)。為了將我們的研究擴展到其他陰極材料,我們研究了磁控濺射沉積的LiCoO2薄膜的性能及其在薄膜可充電鋰電池中的行為。

采用平面射頻磁控濺射的方法,在CoorsADS-996氧化鋁板上制備了鋰鈷氧化物薄膜。在幾種情況下,薄膜同時沉積在石墨上用于離子束和核反應分析的襯底。以純LiCoO2 (Aifa, 99.5%)為原料,在900℃下冷壓制燒結2小時,制得目標物。經過處理,目標測量2英寸直徑約3毫米厚。Ar02進入真空室的流量被調節在12-5 sccm總流量,以保持3/1 Ar/O2比和20 mTorr的恒定壓力。假設膠片密度5.06/立方厘米的沉積速率測量之前和之后與石英晶體沉積厚度監控定位5厘米以上的目標通常是7 - 12 /分鐘的凈功率應用40 - 50 w。濺射目標1 h,底物被旋轉到位5厘米以上的目標。等離子體的發射光譜用前面描述的裝置(i4)周期性地記錄下來。鋰發射線在-671納米處的強度幾乎與氬發射線在-750納米處的強度相同,沉積速率在沉積前后大致相同,表明濺射過程是穩定的。陰極薄膜是通過鋁掩膜沉積的,鋁掩膜的面積為11毫米x11毫米。陰極的厚度從用輪廓儀測量的0.3-0.5 um不等,與假設理論密度為5.06 g/cm3的速率測量值估計的厚度很好地一致。根據這種密度,陰極的估計質量為0.2-0.3 mg。沉積后,部分陰極在500-700鳳谷實驗回轉窯中退火2小時,慢慢冷卻至室溫。

采用質子誘導yray發射分析(PIGE)和盧瑟福背散射光譜法(RBS)測定了沉積在石墨襯底上的陰極薄膜的組成,得到了鋰/鈷比。RBS頻譜的一個例子。如圖1所示;實線是模擬后向散射得到Co/O比值。PIGERBS測定的Li/CoO/Co比值為1.15。(±0.02)2.16(±0.13),平均得到Lil15Co02.16的膜組成采用銅Ka輻射閃爍衍射儀和高純鍺探測器對薄膜進行了粉末x射線衍射測量。數據采集范圍為20 ~ 70,掃描速度為3/min。沉積薄膜為x射線非晶態。圖2顯示了在Coors氧化鋁襯底上退火后的LiCoO2薄膜的衍射圖樣示例。退火后,在20 = 18.64處出現一個峰,可以從LiCo02d-NaFeO結構的(003)平面進行衍射。用四探針法和銀漆觸點測量了其中一種退火薄膜的直流電阻率隨溫度的變化。結果如圖3所示。薄膜電阻率隨溫度的降低而增大,半導體材料的電阻率隨溫度的降低而增大,室溫電阻率為-2 s2 cm。以往對體和薄fims的熱電研究表明,LiCoO2p型半導體,電子空穴是主要的載流子(7)。

(未完待續)

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