鋰離子電池薄膜電極材料的制備及其電化學性質研究.pdf

1、復旦大學博士學位論文鋰離子電池薄膜電極材料的制備及其電化學性質研究姓名：儲艷秋申請學位級別：博士專業：物理化學指導教師：秦啟宗20030415的價態由x ．射線光電子能譜( x p s ) N 定表明，在A g o 5 v 2 0 5 復合薄膜中，為金屬A g 和氧化銀的混合物。非晶態的A g o s v 2 0 s 復合薄膜電極在放電速率為2 c ，額定電壓為1 ．0 _ 4 ．O V 時的比容量高達3 9 6 m A h ／g ，并

2、且在2 0 C 的較高速率下，經過充放電循環達到1 0 0 0 次以上仍然保持比容量在2 6 0 m A h ／g 。此外，A ＆v 2 0 5 復合薄膜的電子電導比純V 2 0 s 要高出2 —3 個數量級。A g x V 2 0 5 復合薄膜電極的電化學性能較大程度的改進可能與其微結構的改變和電子電導的提高有關。此外，以A g o 5 v 2 0 5 復合薄膜作為陰極，金屬鋰為陽極，鋰磷氧氮( L n ' O N ) 薄膜為

3、電解質，成功地組成了一個全固態薄膜鋰電池L i ／L i P O N ／A g o ．5 V 2 0 5 。該電池在電流密度為7 “A ／c m 2 ，電壓范圍為1 ．0 至3 ．5 V 時測得的體積比容量為4 0 幽～g m - c m 2 ，其循環次數可達1 0 0 次。三、鐵酸鹽陽極薄膜的制備和電化學性質研究采用3 5 5 n m 的脈沖激光反應沉積在國內外首次制備了尖晶石結構的鐵酸鹽薄膜包括鐵酸鎳( N i F e 2 0 4

4、) ，鐵酸鋅( Z n F e 2 0 , ) 和鐵酸鈷( C o F e 2 0 4 ) 等薄膜，并可能用作為鋰電池的陽極材料。鐵酸鹽薄膜電極均采用高純的金屬粉末( M =c o ，N i ，Z n ) 和F e 粉混合靶( M ，F e 的摩爾比1 ：2 ) 在基片溫度6 0 0 0 C 和氧氣氣壓4 0P a 的條件下沉積1 ．5 小時而制得。本文發現鐵酸鹽包括鐵酸鎳，鐵酸鋅和鐵酸鈷均具有良好電化學充放電性能。X - 射線衍射(

5、Ⅺ∞) 和掃描顯微電鏡( S E l V O 分析表明，鐵酸鹽薄膜均呈現多晶結構，其中N i F e a 0 4 薄膜星多晶立方結構由平均直徑為6 0 h m 的粒子組成。在放電速率為C ／2 時，N i F e 2 0 4 薄膜電極在第一次不可逆的比容量可達6 1 0m A h ／g ，并伴隨著從晶形結構轉化為非晶態的過程。此外，納米晶鐵酸鎳( N i F e 2 0 4 ) 薄膜的放電容量明顯地受電流密度和額定電壓范圍的影響。當電壓

6、范圍在3 ．0 ．0 ．0 1 V 之間，放電速率為C ／2 ，納米晶鐵酸鎳( N 譚m 0 4 ) 薄膜電極表現出優良的循環可逆性，其容量接近于4 5 0 m A h ／g ，并在1 0 0 次循環后仍然沒有明顯的衰減?；阡嚮昂驨 i F e 2 0 4 薄膜的X R D 和X P S 分析，我們提出了N i F m 0 4 薄膜電極的電化學反應機理，其過程可表達如下：在第一次放電過程中，隨著鋰與N i F e 2 0 4 反應，