LiPON固态电解质层的研究

发布时间：2017-11-18 16:01

  本文关键词：LiPON固态电解质层的研究

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【摘要】：电池发展的必然趋势是具有更小的体积、更轻的质量和更高的比容量等,全固态锂离子电池正由于具有以上优点而引起广泛关注。目前针对全固态锂离子电池的阴极、阳极均有大量研究,然而关于薄膜电解质层的研究相对较少,尤其关于固态电解质材料的导电机制和其在空气中的稳定性的系统研究较少。本论文成功制备了全固态锂离子电池用LiPON电解质薄膜,研究了LiPON电解质薄膜的稳定性问题。本论文开展的主要工作如下:1.采用N2作为反应气氛,射频磁控溅射方式制备得到LiPON固态电解质层;采用Ar作为溅射气氛,直流磁控溅射方式制备金属Al电极,搭建Al-LiPON-Al三明治结构。采用XPS、XRD、SEM对薄膜进行了表征;采用电化学工作站完成离子电导率测试。结果表明,所制备LiPON固态电解质元素比例合适、以非晶态存在、表面致密、离子电导率数值为5.4×10-7S/cm,已基本可以作为固态电解质层在全固态锂离子电池中使用。2.进行了LiPON固态电解质在空气和N2环境下的退火实验,温度区间为100~800℃,恒温区间维持时间为1~10h。采用XPS、XRD、SEM对不同条件下退火后的LiPON固态电解质进行了表征。结果表明:600℃以下退火,薄膜性能变化不大;600℃以上退火,随着退火温度和退火时间增长,N元素含量降低、非晶特性恶化、薄膜表面出现团聚现象、基底显现,不再适宜于作为固态电解质使用。3.进行了LiPON固态电解质在空气中的水解实验,湿度设定为25%、50%和75%,水解时间为6h~24h。采用XPS、SEM对不同条件下水解后的LiPON固态电解质进行了表征。结果表明:水解后的薄膜N、P元素含量降低、C、O含量相应升高、薄膜表面出现水解中心、水解中心数目和粒径随着水解时长的增长而增长,不再适宜作为固态电解质使用。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912

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本文编号：1200318