应用于全固态薄膜电池的硫薄膜正极

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作者 邓人铭 谢永辉 王星辉 《真空科学与技术学报》 2025年第9期795-801,共7页

随着物联网时代的来临,人们对于可与集成电路兼容制造的微型电源的需求日益迫切。全固态薄膜电池(Allsolid-state thin-film batteries,ASSTFBs)采用薄膜制造工艺而成为能与集成电路集成制造的理想片上电源。锂硫电池具有极高的理论能... 随着物联网时代的来临,人们对于可与集成电路兼容制造的微型电源的需求日益迫切。全固态薄膜电池(Allsolid-state thin-film batteries,ASSTFBs)采用薄膜制造工艺而成为能与集成电路集成制造的理想片上电源。锂硫电池具有极高的理论能量密度,若将其应用于ASSTFBs,则有望大幅提升其能量密度。然而,单质硫的低熔点以及固有的迟滞动力学导致了研究人员对硫薄膜的制备经验不足,并阻碍了将其应用于ASSTFBs。为此,文章采用管式炉热蒸发法,将活性物质硫均匀地沉积到垂直石墨烯(Vertical graphene nanosheets,VGs)薄膜层中,制备了VGs-S复合硫薄膜。测试结果表明,采用该方法制备得到的VGs-S复合薄膜正极具有良好的电化学性能,其在12.7μA cm^(−2)的电流密度下首次放电面积比容量达到了55.3μAh cm^(−2),并能够在127.2μA cm^(−2)的电流密度下稳定循环1000次,每次循环平均衰减仅为0.036%。该研究可为高能量密度ASSTFBs硫基薄膜正极的构筑提供一种新思路。 展开更多

关键词 全固态薄膜电池 微型储能器件 垂直石墨烯 硫薄膜 锂硫电池

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全固态薄膜锂电池研究进展 被引量：8

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作者 吴勇民 吴晓萌 +3 位作者 朱蕾 徐碇皓 田文生 汤卫平 《储能科学与技术》 CAS 2016年第5期678-701,共24页

同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传... 同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。 展开更多

关键词 全固态薄膜电池(TFB) 固态电解质薄膜 正极薄膜 负极薄膜 TFB固相界面

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全固态薄膜锂/锂离子电池的研究进展 被引量：5

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作者 刘文元 王旭辉 +1 位作者 李驰麟 傅正文 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2007年第9期953-958,共6页

本文介绍了全固态薄膜锂/锂离子电池发展;对全固态薄膜锂/锂离子电池最近的研究进展进行了综述分析,并指出了今后研究的方向。

关键词 LIPON 微电池 全固态薄膜锂电池

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全固态薄膜锂电池的研究进展 被引量：2

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作者 段成丽 刘全兵 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1255-1258,共4页

薄膜锂电池具有良好的集成兼容性和优异的电化学性能,成为微电子机械系统(MEMS)和超大规模集成电路(VLSI)能源微型化、集成化的最佳选择电源。介绍了薄膜锂电池的结构特征和应用前景,重点分析了国内外研究现状、发展趋势和关键技术,并... 薄膜锂电池具有良好的集成兼容性和优异的电化学性能,成为微电子机械系统(MEMS)和超大规模集成电路(VLSI)能源微型化、集成化的最佳选择电源。介绍了薄膜锂电池的结构特征和应用前景,重点分析了国内外研究现状、发展趋势和关键技术,并对开展该项技术研究提出了建议和展望。 展开更多

关键词 全固态薄膜锂电池 正极膜 负极膜 固体电解质

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全固态薄膜锂离子二次电池的制备及性能分析 被引量：1

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作者 陈涛 耿利群 +1 位作者 任岳 朱仁江 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期618-620,626,共4页

利用磁控溅射技术在不锈钢衬底上制备全固态薄膜锂离子二次电池.通过用SEM来观测单层薄膜材料的形貌,电化学工作站测定单层薄膜的交流阻抗谱,蓝电电池测试系统表征薄膜电池的电化学性能.研究表明,在电位为4.0～0.3V之间,该薄膜电池具有... 利用磁控溅射技术在不锈钢衬底上制备全固态薄膜锂离子二次电池.通过用SEM来观测单层薄膜材料的形貌,电化学工作站测定单层薄膜的交流阻抗谱,蓝电电池测试系统表征薄膜电池的电化学性能.研究表明,在电位为4.0～0.3V之间,该薄膜电池具有良好的充放电性能,经过200次循环之后,充放电容量相对趋于平稳,放电比容量基本稳定在4.0 μAh/cm2左右;以10μA恒定电流进行充放电循环测试时,首次放电比容量达到5.4 μAh/cm2,循环寿命则达到1 000次以上. 展开更多

关键词 全固态薄膜锂离子二次电池 磁控溅射技术 制作 性能分析

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磁控溅射制备V2O5薄膜及全固态薄膜锂电池研究

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作者 王胜利 傅方樵 +1 位作者 桑林 丁飞 《电源技术》 CAS 北大核心 2019年第6期909-911,927,共4页

V2O5具有容量高、循环稳定、易于制备成薄膜等特点,是全固态薄膜锂电池理想的正极材料。采用磁控溅射法,以V2O5为靶材制备了薄膜,研究了溅射气体Ar/O2对薄膜结构、形貌及电化学性能的影响,优化了薄膜制备工艺。最终采用磁控溅射法依次... V2O5具有容量高、循环稳定、易于制备成薄膜等特点,是全固态薄膜锂电池理想的正极材料。采用磁控溅射法,以V2O5为靶材制备了薄膜,研究了溅射气体Ar/O2对薄膜结构、形貌及电化学性能的影响,优化了薄膜制备工艺。最终采用磁控溅射法依次沉积集流体薄膜、钒氧化物薄膜、固态电解质薄膜,真空热蒸发金属锂薄膜,成功制备了Al/V2O5/Li P ON/Li/Cu全固态薄膜锂电池。薄膜电池在1.7~3.4 V电压范围内,以10μA/cm2恒电流充放电测试,电池比容量达到25μAh/cm2,稳定循环超过500次。 展开更多

关键词 磁控溅射 V2O5薄膜 全固态薄膜锂电池

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铜锌锡硫正极全固态薄膜锂离子电池的研究

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作者 肖东丽 周康 童君 《人工晶体学报》 CSCD 北大核心 2017年第11期2143-2146,共4页

采用铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物材料作为全固态薄膜锂离子电池(TFLB)的正极功能层。通过磁控溅射及硫化工艺制备了CZTS多晶薄膜,并经过组分调控及硫化工艺控制等方案,提高了CZTS正极薄膜的电子导电性。此外,通过引入疏松的微观结构,抑制... 采用铜锌锡硫(CZTS)四元硫化物材料作为全固态薄膜锂离子电池(TFLB)的正极功能层。通过磁控溅射及硫化工艺制备了CZTS多晶薄膜,并经过组分调控及硫化工艺控制等方案,提高了CZTS正极薄膜的电子导电性。此外,通过引入疏松的微观结构,抑制了由充放电过程中的体积膨胀所导致的容量衰减,提升了TFLB循环性能。所制得的TFLB结构为玻璃/Mo/CZTS/LiPON/Li,首圈放电容量高达200μAh·cm^(-2)·μm^(-1)(482 mAh·g^(-1)),放电平台约为1.1 V。 展开更多

关键词 铜锌锡硫正极 全固态薄膜锂离子电池 组分调控 结构优化

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磁控溅射制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)薄膜工艺研究 被引量：1

8

作者 李镰池 吴爱民 +3 位作者 宋欣忆 刘延领 王亚楠 黄昊 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期190-197,共8页

目的探究了磁控溅射法制备符合化学计量比且循环性能良好的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)薄膜工艺,有利于进一步提高全固态薄膜电池能量密度。方法从溅射功率、氩氧比、衬底温度中各选取3个水平组成L9(34)正交试验,在不锈钢... 目的探究了磁控溅射法制备符合化学计量比且循环性能良好的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)薄膜工艺,有利于进一步提高全固态薄膜电池能量密度。方法从溅射功率、氩氧比、衬底温度中各选取3个水平组成L9(34)正交试验,在不锈钢衬底上沉积制备NCM811薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对薄膜进行表征。利用EDS和ICP对薄膜成分进行分析。利用蓝电测试系统对以NCM811为正极的电池进行循环曲线测试。结果根据极差分析结果发现,影响前50圈放电容量保持率的因素从大到小依次为:温度>功率>氩氧比。其中功率和温度对循环性能有很大的影响,极差R值分别为18.45和26.79;氩氧比对循环性能影响较小,极差R值为3.17。增大溅射功率、提高衬底加热温度、增加氩氧比中氩气的含量有利于制备出符合化学计量比的NCM811薄膜。随着溅射功率的提升,NCM811薄膜的结晶度增强,材料中Ni^(2+)/Li^(+)阳离子的混排程度降低;随着衬底温度升高,薄膜由非晶逐渐转化为晶态,表面由无序非晶形貌过渡到小三角片状晶粒,厚度变薄,且更加致密。薄膜的循环性能也随着功率和衬底温度的增加有着明显的提升。结论正交试验结果表明,薄膜制备的最优工艺条件为:溅射功率110 W,衬底温度650℃,Ar∶O_(2)=2∶1(体积流量比),验证试验表明NCM811薄膜中主元素原子数占比Ni∶Co∶Mn=79.9∶10.2∶9.9,接近理想原子数占比8∶1∶1,且前50圈放电容量保持率达到72.33%。 展开更多

关键词 固态薄膜电池 NCM正极薄膜 正交试验 磁控溅射 电化学性能

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智能卡及其应用的薄膜锂电池

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作者 付逊 王可 解晶莹 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第4期261-265,共5页

近年来智能卡的迅速发展对内置电源提出了需求。全固态薄膜锂蓄电池以及聚合物薄膜锂蓄电池已经成功地应用于智能卡当中。介绍了全固态薄膜锂蓄电池、聚合物薄膜锂蓄电池的制备工艺,比较了VartaBattery,CymbetCorporation,InfinitePower... 近年来智能卡的迅速发展对内置电源提出了需求。全固态薄膜锂蓄电池以及聚合物薄膜锂蓄电池已经成功地应用于智能卡当中。介绍了全固态薄膜锂蓄电池、聚合物薄膜锂蓄电池的制备工艺,比较了VartaBattery,CymbetCorporation,InfinitePowerSolutions,SolicoreInc.四家公司的商业化薄膜锂一次电池和锂蓄电池的制备以及相关特性。 展开更多

关键词 智能卡 薄膜锂电池 聚合物薄膜锂蓄电池 全固态薄膜锂蓄电池

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磁控溅射制备免退火钴酸锂正极薄膜的研究 被引量：2

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作者 杨同欢 刘兴江 《电源技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期358-363,共6页

采用射频磁控溅射法制备钴酸锂正极薄膜,通过对溅射功率的研究,制备出不需要进行退火处理仍具有60μAh/(cm2.μm)的比容量的正极薄膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对钴酸锂薄膜的结构和形貌进行了研究,并分析了其对钴酸锂... 采用射频磁控溅射法制备钴酸锂正极薄膜,通过对溅射功率的研究,制备出不需要进行退火处理仍具有60μAh/(cm2.μm)的比容量的正极薄膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对钴酸锂薄膜的结构和形貌进行了研究,并分析了其对钴酸锂薄膜正极性能的影响。结果表明不同功率制备的钴酸锂薄膜具有不同的结晶取向和结晶度,其对正极薄膜的性能有具有决定性的影响,适合的功率下制备的钴酸锂薄膜在不退火处理的情况下仍具有较高的容量和较好的循环性能。同时研究了采用磁控溅射的铝薄膜作为集流体,代替铂或金等贵金属薄膜集流体,大幅减低了薄膜电池正极的制备成本。 展开更多

关键词 全固态薄膜电池 钴酸锂薄膜 磁控溅射 铝集流体薄膜

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溅射功率对LiCoO2薄膜结构及性能的影响研究 被引量：1

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作者 孙闯 黄昊 +3 位作者 于文华 宋欣忆 李镰池 吴爱民 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期357-363,共7页

采用射频磁控溅射技术,在不锈钢衬底上沉积制备了(003)取向的LiCoO_(2)薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电镜、拉曼及电化学测试探究了溅射功率对LiCoO_(2)薄膜结构及电化学性能的影响。结果表明在80-160 W功率范围内,适当增加功率有助于Co... 采用射频磁控溅射技术,在不锈钢衬底上沉积制备了(003)取向的LiCoO_(2)薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电镜、拉曼及电化学测试探究了溅射功率对LiCoO_(2)薄膜结构及电化学性能的影响。结果表明在80-160 W功率范围内,适当增加功率有助于Co与O的键合,提高薄膜的结晶度。功率为120 W时,首次放电比容量为40.9μAh cm-2μm-1,循环100圈后容量保持率为61.2%;但当功率提高到160 W时,由于过快的沉积速率难以与粒子在衬底表面的扩散速率相匹配反而会造成LiCoO_(2)结晶度下降,晶格产生畸变,阻碍了Li+在材料内部的扩散,循环100圈后容量保持率只有54.2%。 展开更多

关键词 固态薄膜电池 LiCoO_(2)正极薄膜 溅射功率 射频磁控溅射

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