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本论文主要包括LiFePO4、LiMnPO4正极薄膜材料的制备、电化学性能研究、动力学相关参数的测量和电学测量以及LiMnPO4/LiFePO4双层膜材料的制备和电化学性能研究。
首先利用PLD方法在钛衬底上成功制备了LiFePO4薄膜。对制备条件对薄膜形貌，取向，结晶度和电化学性能的影响做了系统研究，并分析了这些影响产生的原因。在优化的沉积条件下得到了均匀致密的晶态LiFePO4薄膜。确认纯相LiFePO4本征较差的动力学性质是影响薄膜电化学性能的主要因素。研究发现薄膜容量、电位曲线特征与薄膜结晶度相关。
通过多种电化学测试方法对所得纯相LiFePO4薄膜进行锂化学扩散系数的测量并对测量方法做了比较。CV只能测得LiFePO4薄膜中的表观化学扩散系数1014cm2s-1。通过GITT方法和EIS方法得到的锂化学扩散系数随锂含量的变化大小相差四个数量级(10-14 to10-18cm2s-1)，且在反应中段有最小值。分析结果知这两种方法只适用于单相反应并不适用两相反应体系。PITT方法和PRT方法最终的计算结果并没有显示出锂扩散系数随锂含量的变化规律，这一结论与两相反应的特征一致。通过变温EIS实验得到电荷转移活化能和锂扩散活化能，变温Ⅳ测得LiFePO4薄膜的电子电导的活化能为0.52 eV。
同样方法制备了LiMnPO4薄膜，研究发现LiMnPO4薄膜电化学活性很低。我们进一步制备了LiMnPO4/LiFePO4双层膜，发现双层膜的界面结构并不明显。通过电极响应曲线判断在界面区域可能形成了Li(MnyFe1-y)PO4固溶体，后退火处理能够促进固溶体的形成。研究发现，该双层膜的电化学性质与双层组成比例和结构有密切关系。当LiMnPO4置于顶层，LiFePO4置于底层时，顶层较薄时，内层锂离子可以脱出，顶层厚度进一步增加会影响底层LiFePO4中锂的脱出。这些结果与LiMnPO4的动力学较差有关。当LiFePO4在顶层时，双层膜的动力学与LiMnPO4的厚度密切有关。此外，典型的双层膜在充电过程只有两个平台，而放电过程出现三个平台，这可能与结构以及Li(MnyFe1-y)PO4固溶体的存在影响了锂离子嵌入、脱出的动力学有关。