LiPON固态电解质层的研究

摘要........................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................... II 第一章绪论.. (1)

1.1 研究背景及意义 (1)

1.2 全固态锂离子电池 (3)

1.2.1 全固态锂离子电池的主要性能参数 (4)

1.3 固态电解质层 (5)

1.3.1 发展历程 (5)

1.3.2导电机制 (5)

1.3.3 聚合物电解质和硫化物电解质 (6)

1.3.4 固态电解质LiPON (7)

1.4 电极材料 (9)

1.5 论文主要内容 (10)

第二章薄膜制备技术及表征 (12)

2.1 薄膜制备技术 (12)

2.1.1 物理气相沉积 (12)

2.1.2 化学气相沉积 (13)

2.2 磁控溅射 (13)

2.2.1 等离子体 (13)

2.2.2 溅射过程 (15)

2.2.3 射频磁控溅射 (16)

2.2.4 磁控溅射设备 (17)

2.3 材料表征 (18)

2.3.1 光电子能谱（XPS） (18)

2.3.2 扫描电子显微镜（SEM） (19)

2.3.3 X射线衍射（XRD） (19)

2.3.4 交流阻抗谱 (20)

2.3.5 膜厚测试 (21)

2.4 本章小结 (22)

第三章LiPON固态电解质薄膜制备及表征 (23)

3.1 溅射温度对LiPON固态电解质薄膜的影响 (23)

3.1.1 实验 (23)

3.1.2 溅射温度对LiPON固态电解质薄膜的影响 (27)

3.2 溅射工艺参数对LiPON电解质薄膜的影响 (28)

3.2.1 溅射工艺参数对薄膜中N元素含量的影响 (28)

3.2.2 溅射工艺参数对沉积速率的影响 (29)

3.2.3 薄膜中N元素含量对离子电导率的影响 (30)

3.3 LiPON固态电解质性能研究 (31)

3.3.1 LiPON固态电解质性能测试 (31)

3.3.2 Al电极性能测试 (33)

3.3.3 Al-LiPON-Al三明治结构的制备及离子电导率测试 (35)

3.4 本章小结 (37)

第四章退火处理对LiPON性能的影响 (39)

4.1 引言 (39)

4.2 实验 (39)

4.3 结果与讨论 (40)

4.3.1 退火后XRD测试结果 (40)

4.3.2 退火后SEM测试结果 (42)

4.3.3 退火后XPS测试结果 (44)

4.4 本章小结 (49)

第五章水解对LiPON固态电解质薄膜性能的影响 (50)

5.1 引言 (50)

5.2 实验 (50)

5.3 结果与讨论 (51)

5.3.1 XPS测试结果 (51)

5.3.2 SEM测试结果 (56)

5.4本章小结 (58)

第六章总结与展望 (59)

6.1 总结 (59)

6.2 课题展望 (60)

参考文献 (61)

在学期间研究成果 (66)

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

一直以来电池在社会发展过程中扮演着重要的角色，随着电子器件和微机电系统以及片上系统SoC的迅猛发展，电池也必须完成其微型化的转型。日益增长的全球人口数以及有限的地球资源，促使着资源利用率的提升和新能源的开发。全球范围内，日益多发的环境污染问题，也促使世界各国增加投资力度，寻找环境友好型的绿色材料。随着社会进步，电池被广泛应用于多种多样的民用和军用领域中，如手机、照相机、交通工具以及无人机和医疗器械等，这表明电池在社会各方各面需求量巨大，且不同应用领域对电池性能有不同的要求。

电池的发展经历了数代更迭[1]。1799年，伏打在银和锌的圆板间放置含食盐水的湿布，得到最早的伏打电池；1860年法国的普朗泰研制出以铅做电极的传统铅酸电池，又称蓄电池；1887年，英国的赫勒森制备出使用糊状电解液的真正意义上的干电池；再到后来铁镍电池、镍镉电池、碱性电池和太阳能电池分别于1890、1899、1899、1914年第一次制备得到。整个电池发展过程中，其材料和结构均发生了较大变化，常见的电池类型如图1.1所示。

图1.1 电池分类示意图