锂钴氧化物作为可充电锂电池的阴极材料

凤谷技术团队此次研究了锂钴氧化物作为可充电锂电池的阴极材料。LiCoO2的结构由占据菱面体晶格八面体位置的锂和钴原子交替层组成，通过钴氧化的相应变化，可以可逆地从这些层中提取锂离子。近年来，氧化钴锂薄膜被用作电致变色窗的对电极和锂离子电池的阴极(7-10)。本实验室对基于V20s和LiMn2O4阴极的薄膜锂电池进行了多年的研究(11-13)。为了将我们的研究扩展到其他阴极材料，我们研究了磁控溅射沉积的LiCoO2薄膜的性能及其在薄膜可充电锂电池中的行为。

采用平面射频磁控溅射的方法，在Coors的ADS-996氧化铝板上制备了锂钴氧化物薄膜。在几种情况下，薄膜同时沉积在石墨上用于离子束和核反应分析的衬底。以纯LiCoO2 (Aifa, 99.5%)为原料，在900℃下冷压制烧结2小时，制得目标物。经过处理，目标测量2英寸直径约3毫米厚。Ar和02进入真空室的流量被调节在12-5 sccm总流量，以保持3/1 Ar/O2比和20 mTorr的恒定压力。假设胶片密度5.06克/立方厘米的沉积速率测量之前和之后与石英晶体沉积厚度监控定位5厘米以上的目标通常是7 - 12 /分钟的净功率应用40 - 50 w。溅射目标1 h后,底物被旋转到位5厘米以上的目标。等离子体的发射光谱用前面描述的装置(i4)周期性地记录下来。锂发射线在-671纳米处的强度几乎与氩发射线在-750纳米处的强度相同，沉积速率在沉积前后大致相同，表明溅射过程是稳定的。阴极薄膜是通过铝掩膜沉积的，铝掩膜的面积为11毫米x11毫米。阴极的厚度从用轮廓仪测量的0.3-0.5 um不等，与假设理论密度为5.06 g/cm3的速率测量值估计的厚度很好地一致。根据这种密度，阴极的估计质量为0.2-0.3 mg。沉积后，部分阴极在500-700℃的凤谷实验回转窑中退火2小时，慢慢冷却至室温。

采用质子诱导yray发射分析(PIGE)和卢瑟福背散射光谱法(RBS)测定了沉积在石墨衬底上的阴极薄膜的组成，得到了锂/钴比。RBS频谱的一个例子。如图1所示;实线是模拟后向散射得到Co/O比值。PIGE和RBS测定的Li/Co和O/Co比值为1.15。(±0.02)和2.16(±0.13)，平均得到Lil15Co02.16的膜组成采用铜Ka辐射闪烁衍射仪和高纯锗探测器对薄膜进行了粉末x射线衍射测量。数据采集范围为20 ~ 70，扫描速度为3/min。沉积薄膜为x射线非晶态。图2显示了在Coors氧化铝衬底上退火后的LiCoO2薄膜的衍射图样示例。退火后，在20 = 18.64处出现一个峰，可以从LiCo02的d-NaFeO结构的(003)平面进行衍射。用四探针法和银漆触点测量了其中一种退火薄膜的直流电阻率随温度的变化。结果如图3所示。薄膜电阻率随温度的降低而增大，半导体材料的电阻率随温度的降低而增大，室温电阻率为-2 s2 cm。以往对体和薄fims的热电研究表明，LiCoO2是p型半导体，电子空穴是主要的载流子(7)。

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