全固态微型薄膜锂离子电池的制备和性能研究
由于MEMS技术的发展对微能源的微型化和集成化提出更高的要求，希望将微能源直接集成在微器件当中。微型薄膜锂电池因其高能量密度、高开路电压、循环寿命长等优势，而倍受人们的重视，是一种应用前景广泛的微型电池。
由于电极材料的性能对微电池性能有巨大影响，所以本文首先采用磁控溅射方法制备了用于正极材料的LiCoO2薄膜，并对其进行退火处理。XRD分析和SEM分析表明在低气压条件下制各的薄膜呈非晶态，但是经过400℃退火后，薄膜沿(003)峰相呈晶体结构，且排列致密；循环伏安测试和恒电流充放电测试表明，未经过退火处理的LiCoO2薄膜不具有锂离子嵌入/脱出的可逆性，而经过退火处理的LiCoO2薄膜首次循环和随后的循环之间存在较大的差异，但是从第二圈开始具有较好的可逆性。
然后采用磁控溅射了用作负极的V2O5薄膜，XRD分析和SEM分析表明磁控溅射制备的V2O5薄膜呈晶体结构，掺杂Cu使薄膜转为非定型态；循环伏安测试和恒电流充放电测试表明，掺杂的V2O5薄膜比未掺杂的V2O5薄膜表现出更稳定的循环性，且充放电平台相对较宽，虽然首次充放电时不可逆容量损失很高，但是锂离子的嵌入量有所提高，增加了充放电容量。
最后我们利用厦门大学萨本栋微纳米技术研究中心的实验条件，制备了以LiCoO2为正极，CuxV2O5为负极的LiCoO2/LiPON/CuxV2O5微型锂离子电池，并对其电化学性能进行研究。循环800次充放电测试发现微型电池的稳定放电容量保持在2.02nAh～2.25nAh之间。
本论文的主要创新性工作有：利用低气压磁控溅射和低温退火制备了用于锂离子电池正极的钴酸锂薄膜和利用磁控溅射制备了用于锂离子电池负极的掺杂铜的钒氧化物薄膜电极，并系统研究了所制备的正负极薄膜的晶体结构及电化学性能；制备出单元面积为1.9mm×1mm的LiCoO2/LiPON/CuxV2O5微型薄膜锂离子电池。这对今后继续研究微型锂离子电池以及实现其应用，具有积极的意义。
微型薄膜锂离子电池;电极材料;LiCoO2薄膜;V2O5薄膜;磁控溅射;电化学性能
厦门大学
硕士
机械电子工程
郭航
2011
中文
TN304.055;TM911.4
81
2012-03-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）