微锂电池用LiCoO2薄膜研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com中国材料科技与设备(双月刊)微锂电池用LiCoO薄膜研究进展2007年·第4期微锂电池用LiCoO2薄膜研究进展冯秀丽(中国工程物理研究院电子工程研究所，四川绵阳621900)摘要：本文简述了LiCoO在粉体和薄膜中晶体结构与电化学性能；详细介绍了钴酸锂薄膜的制备方法并评述了不同合成方法、制备条件对钴酸锂薄膜结合强度、结构、形貌及电化学性能的影响，指出脉冲激光沉积法是一项值得深入研究的钴酸锂薄膜制备技术。关键词：微电池；锂离子电池；LiCoO2；薄膜；制备方法中图分类号：TM912．9文献标识码：A时(018)面衍射峰超出仪器检测范围

2、；因此很难通过(11o)和0前言(018)面衍射峰分裂来判断薄膜中层状钴酸锂的存在[6]。研究发现具有(1O1)／(104)取向晶面比(003)晶面的LiCoO2薄在微型薄膜锂离子电池发展过程中，国内外研究的正极膜显示出更好的电化学性能，这是由于C轴定向的膜由于电材料[1主要有三种：过渡金属硫化物、过渡金属氧化物和无荷转移电阻大和垂直衬底方向的扩散系数小，电化学性能并定型或晶型的插层化合物(LiCoO2，LiMn204，Li、，205)。尽不理想[7]。LiCo02是一种具有空穴导电的半导体，薄膜厚管LiCoO中由于稀缺金属Co占6O，其成本相对较高，度一般在几个微米以下，因此钴酸

3、锂薄膜电极中不加入导电但在当今电子设备朝小型化、轻量化发展的趋势下，在一定剂，仍能表现出良好的电化学性能[g]。钴酸锂薄膜电极的理时期内尚无其他材料可取代LiCoO。和锂电池类似，生产论容量为68．9uAh／(crn2·m)，电压平台在3．6V左右。微型锂电池’。的关键技术之一也在于正极材料即LiCoO薄膜的制备，为此人们尝试了各种方法。本文将对钴酸锂在2钴酸锂薄膜制备方法薄膜中晶体结构和电化学性能进行简单介绍，对钴酸锂薄膜的制备方法进行评述。钴酸锂薄膜的制备方法有射频磁控溅射沉积法(RFmag—netronsputteringdeposition)、脉冲激光沉积法(Pulsedl

4、aser1钴酸锂结构和性能deposition)、溶胶一凝胶法(SoFge1)、软溶胶一凝胶法(Sofvso-lutionprocess)和超声喷雾热分解法(液相雾化化学沉积法)LiCoO具有三种物相[4]，即层状结构的HT—LiCoO，(Liquidsourcemistedchemicaldeposition)。下面对各种制备尖晶石结构LT—LiCo和岩盐相LiCo。根据(1l0)和方法分别做简单介绍，对其研究进展进行评述。(018)面衍射峰分裂与否和c／a值来区分HT—LiCoO和LT—LiCoO。在理想的层状结构中，L』和Co”各自位于立2．1射频磁控溅射沉积法方紧密堆积氧层

5、中交替的八面体位置，(110)和(018)面衍射将欲沉积的LiCoO2粉末经过冷压或热压法处理后得到峰分裂，c／a值为4．899。但是实际上由于L』和Co”与氧靶源[1，以氩气和氧气的混合气体作为工作气体，采用磁控原子的作用力不一样，氧原子的分布并不是理想的密堆结溅射仪在不同基体上制膜。待膜沉积完毕后，对膜进行高温构，而是发生偏离，呈现三方对称性(空间群R3m)。在充电退火处理，将无定型的膜转化为晶体膜，得到不同优先取向的和放电过程中，锂离子可以从所在的平面发生可逆脱嵌／嵌多晶LiCoOz薄膜。在实验中发现在各种不同类型衬底上生入反应，脱嵌量最多为0．5单元。这是因为在x一0．5附

6、近长的小于0．1／,m的LiCoO2膜都具有C轴定向的特点；衬底基Li一CoO发生可逆相变，从三方对称性转变为单斜对称性；片温度增加，(003)面衍射峰增强。随着薄膜厚度的增加，可当大于0．5单元时，Li1_xCo0在有机溶剂中不稳定，会发生以制备出(1O1)和(104)面定向的LiCoCh薄膜；烧结温度提高，失去氧的反应。通常钴酸锂电极加入导电剂_5J，理论容量为(101)面衍射峰增强、(104)面衍射峰降低[1。156mAh／g，电压平台4V左右。Han_KiKim等[12发现常规高温退火处理的LiCoO与常规钴酸锂晶体结构相比，LiCoO2薄膜多是择优取向薄膜易在表面生成锂的

7、氧化物，该层氧化物影响薄膜的生长的晶体结构，随着薄膜厚度增加或者退火处理温度的提电化学性能；快速高温处理可以消灭锂的氧化物，使Li—高，晶体会出现或多或少的取向随意性。有时(11o)和(o18)CoO薄膜的初始容量达60．2ttAh／(cmm)，但是薄膜面并不是择优取向的平面，很难分辨衍射峰是否发生分裂；有中易出现裂纹和Co。O杂质。韩国Ds]报道通过控制薄基金项目：遥测电池小型化技术(4260107—4)作者简介：冯秀丽(1977一)，女，博士，助理研究员，主要从事