肖东丽,童君.偏轴射频磁控溅射生长 LiPON 在高性能全固态 薄膜锂离子电池中的应用[J].集成技术,2017,6(6):24-30
偏轴射频磁控溅射生长 LiPON 在高性能全固态 薄膜锂离子电池中的应用
The Application of LiPON by Off-axis RF Magnetron Sputtering Growthin High Performance All-Solid-State Thin Film Lithium Ion Battery
投稿时间: 2017-08-14  最后修改时间: 2017-09-21
DOI:
中文关键词:  全固态薄膜锂离子电池;锂磷氧氮;固态电解质
英文关键词:all-solid-state thin film Lithium ion battery; LiPON; solid state electrolyte
基金项目:深圳市基础研究项目(自由探索)(JCYJ20150401145529006、JCYJ20170307172921592)
作者单位
肖东丽 中国科学院深圳先进技术研究院 光子信息与能源材料研究中心 深圳 518055 中国科学技术大学 纳米科学技术学院 苏州 215123 
童君 中国科学院深圳先进技术研究院 光子信息与能源材料研究中心 深圳 518055 
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中文摘要:
      全固态薄膜锂离子电池(Thin Film Lithium Ion Battery,TFLB)在微型器件储能领域具有巨大 的应用潜力,传统上多采用射频磁控溅射生长 LiPON 薄膜的方法获得稳定的固态电解质层。文章主 要研究了基于偏轴磁控溅射技术的 LiPON 薄膜制备方法,通过改变薄膜沉积过程中的 N2 气压值,在 0.2 Pa 气压下获得了锂离子电导率达到 2.4×10-6 S?cm-1 的固态电解质层;同时,将优化后的 LiPON 薄膜应用于 LiCoO2/LiPON/Li 结构的 TFLB 中。实验结果表明,TFLB 在 0.1 C 倍率下首次放电容量可 达 62.1 μA?h?cm-2?μm-1,而在高倍率(4 C)条件下放电容量依然可达 51.7 μA?h?cm-2?μm-1,经过 0.1 C、 0.5 C、1 C、2 C、4 C 倍率条件下各 5 次充放电循环后,TFLB 在 0.1 C 倍率下的容量保有率仍高达 90%,展示出了良好的器件性能。
英文摘要:
      All-solid-state thin film Lithium ion battery (TFLB) have great potential in micro-power applications. To obtain solid electrolyte layer, the LiPON thin film is usually used which can be deposited by radio frequency (RF) magnetron sputtering means. In this work, a LiPON thin film deposition method is investigated by the off-axis RF magnetron sputtering method under variable N2 working pressure. The experimental results show that LiPON solid electrolyte layer with Li+ conductivity of 2.4×10-6 S?cm-1 can be obtained under the working pressure of 0.2 Pa. Additionally, the TFLB with structure of LiCoO2/LiPON/Li is fabricated using the optimized LiPON electrolyte. The discharge capacity of first cycle at 0.1 C is 62.1 μA?h?cm-2?μm-1 for TFLB, while 51.7 μA?h?cm-2?μm-1 at a higher rate of 4 C. Moreover, after 5 cycles of charge/discharge process at 0.1 C, 0.5 C, 1 C, 2 C and 4 C, the capacity retention ratio of 0.1 C for TFLB can still reach 90%.
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