论文部分内容阅读
薄膜技术与微纳加工技术在固体材料基础研究中具有重要意义。本论文包括超高真空磁控溅射设备建设和调试、电极薄膜的可控生长、薄膜电极的电学和电化学研究等内容。
建成了一台超高真窄磁控溅射设备,制备了高质量的固态电解质LiPON并成功制备了全固态锂离子电池；利用共溅射方法制备了不同Si/Cu比的Si/Cu纳米复合物薄膜并研究了Cu含量对Si循环性与倍率性能的影响；利用微加工方法制备了有序Si阵列电极并使用非原位原子力显微镜(ex-situ AFM)方法研究了Li+嵌入/脱出Si电极中的体积变化；首次使用原子层沉积(ALD)方法对薄膜电极表面包覆Al2O3并研究了Al2O3包覆对薄膜电极的影响。
电化学性能研究表明MnO是过渡金属氧化物中容量较高、极化较小的材料,并且具有较好的循环性和倍率性能；采用脉冲激光沉积方法制备了MnO薄膜,通过原位电导和电化学阻抗分析表明极化来源之一是离了扩散；发现MnO薄膜电极包覆Li2CO3薄膜后可以显著地提高MnO的首周库仑效率；研究了Si掺入MnO对MnO首周极化的影响,提出了通过添加第二相减小主相尺寸来降低极化的新方法。
用脉冲激光沉积方法获得了晶态Li4Ti5O12纯相薄膜,首次报道了透明Li4Ti5O12/FTO(氟掺杂氧化锡)电极的电致变色性能；提出了光电一体化器件概念。
利用脉冲激光沉积技术制备了LiF/Ti纳米复合薄膜,使用XRD、HRTEM、Raman和XPS表征了该纳米复合物的结构与成份。LiF/Ti(1:1)纳米复合物薄膜表现出相对于单一LiF或Ti薄膜五倍以上的可逆容量；容量大小与该复合薄膜的厚度相关表明Li+储存于纳米复合物中；电化学阻抗研究表明非原位制备的LiF/Ti纳米复合物的电荷转移阻抗与扩散阻抗及其活化能相比TiF3转化反应原位生成的LiF/Ti复合物高,表明TiF3转化反应原位生成的LiF/Ti纳米复合物分散均匀因而更利于电子与离子传导。
此外,还用溶胶-凝胶方法合成了由纳米一次颗粒团聚而成的多孔球形LiCoPO4和用高温固相反应法合成了LiFexCo1-xPO4(x=0.2,0.4,0.6,0.8)介孔固溶体材料并研究了其电化学性能,介孔LiFe0.6Co0.4PO4材料0.2C倍率下的可逆容量约为100mAh/g。