磁控溅射制备LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)薄膜工艺研究OA北大核心CSTPCD

目的探究了磁控溅射法制备符合化学计量比且循环性能良好的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)薄膜工艺,有利于进一步提高全固态薄膜电池能量密度。方法从溅射功率、氩氧比、衬底温度中各选取3个水平组成L9(34)正交试验,在不锈钢衬底上沉积制备NCM811薄膜。利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对薄膜进行表征。利用EDS和ICP对薄膜成分进行分析。利用蓝电测试系统对以NCM811为正极的电池进行循环曲线测试。结果根据极差分析结果发现,影响前50圈放电容量保持率的因素从大到小依次为:温度>功率>氩氧比。其中功率和温度对循环性能有很大的影响,极差R值分别为18.45和26.79;氩氧比对循环性能影响较小,极差R值为3.17。增大溅射功率、提高衬底加热温度、增加氩氧比中氩气的含量有利于制备出符合化学计量比的NCM811薄膜。随着溅射功率的提升,NCM811薄膜的结晶度增强,材料中Ni^(2+)/Li^(+)阳离子的混排程度降低;随着衬底温度升高,薄膜由非晶逐渐转化为晶态,表面由无序非晶形貌过渡到小三角片状晶粒,厚度变薄,且更加致密。薄膜的循环性能也随着功率和衬底温度的增加有着明显的提升。结论正交试验结果表明,薄膜制备的最优工艺条件为:溅射功率110 W,衬底温度650℃,Ar∶O_(2)=2∶1(体积流量比),验证试验表明NCM811薄膜中主元素原子数占比Ni∶Co∶Mn=79.9∶10.2∶9.9,接近理想原子数占比8∶1∶1,且前50圈放电容量保持率达到72.33%。