分析锂离子电池的表面

需要开发更小、更高效的能源存储材料是为了支持不断增加的广泛采用平板电脑和智能手机等便携式电子设备。亚博网站下载在1973年,使用锂离子电池的概念最初提议,李⁺离子作为电荷载体中走向正极充电期间使用,然后改变方向。自1991年这项技术的商业化,它已经取代了氢化镍电池材料用于消费电子产品的应用。近年来,锂离子电池被用作替代铅酸电池笨重的车辆和航空航天应用。

传统锂离子电池是基于液体电解质,但取得了重大进展对使用固态超薄薄膜作为替代液体电解质。由于更高的平均输出电压、循环寿命长、较轻的重量和由于更高的能量密度,薄膜锂离子电池比典型的液态电解质电池提供更好的性能。构建一个薄膜电池,电池组件,包括阳极、阴极、当前的领导和固态电解质,需要制成多层薄膜。固态micro-batteries广泛使用磷锂氮氧化物(LiPON)由于易于制备,增加耐用性,骑自行车和电子导电率较低。尽管LiPON广泛应用,只有关于李的流动性和氮键所知甚少。

本文讨论了大量的调查和表面化学LiPON电影形成通过原子层沉积(ALD)使用传统的XPS表面分析技术和溅射深度剖析。XPS提供定量数据元素组成的表面附近区域的深度小于10纳米。元素组成研究的深度和收集到的结果与传统的单原子深度剖析然后与集群的结果相比深度剖析。

实验

的轴光电子能谱仪配有gas-cluster离子源(gci)被用来执行所有测量。gci是为这些实验在独特的高能集群模式下运行,使用20 kV Ar1000 +。深度剖析了在实际时间内集群使用高能离子。层混合和溅射粗化的影响是减少使用样品旋转整个配置文件。ALD的方法被用来生产LiPON超薄薄膜使用李前兆和氮气等离子体¹。LiPON电影以前被光椭圆光度法分析~ 50 nm厚。

结果与讨论

之后引入分析室收到基频谱从收购一项调查样本。组成元素的存在,P, N O和光谱分析证实了调查。分析还显示大量的碳,这可能是由于接触空气的吸附物种的存在。进行了深度剖析研究李分布在整个电影。图2比较了传统的单原子深度剖析使用4 kV基于“增大化现实”技术⁺离子和异形20 kV Ar相同的样本_1000年⁺离子。

图1所示。深度剖面50 nm LiPON薄膜使用5 kV Ar (a)⁺(b) 20 kV基于“增大化现实”技术_1000年⁺。

深度资料都是一夜之间作为实验使用集群模式进行腐蚀速率> 4海里/分钟。可以观察到的明显差异之间的两个配置文件。最初李单原子轰击下,浓度增加第一轮蚀刻后由于清除表面污染和随后减少大量的电影达到一个稳定状态的原子% ~ 25.5。与Si衬底LiPON界面附近,在李浓度有显著增加,达到最大值44%。

图2。李单原子离子浓度比较(黑)和集群配置文件(红色)。

相反,不同的李分布观察与20 kV Ar异形时获得的资料_1000年⁺离子。最初李浓度增加第一次蚀刻后但没有后续李浓度减少,达到稳定状态后,观察> 31%。这意味着增加22%李在电影深度相比,单原子的概要文件。有趣的是,李没有积累与Si衬底界面观察到。图3显示了一个比较的李异形使用两种不同的离子浓度。

图3。光元素离子行动的示意图。

早些时候,单原子的基于“增大化现实”技术⁺轰炸的眼镜已经证明比预期的低浓度的光元素,如钠²由于正电荷积累近地表地区的基于“增大化现实”技术的植入⁺离子。小,移动正离子表面由电荷排斥进一步累积体积,导致表面量化的低估。相同的李离子排斥和批量迁移机制提出了LiPON超薄薄膜进行分析。李迁移发生在单原子的剖析下,导致低估的浓度。排斥批量迁移中也扮演了重要的角色在李浓度的增加与Si衬底界面。光离子积累在接口,因为他们不能穿透到本机二氧化硅。重要的是要注意,这系统是特别容易受到这个过程由于这样的事实,他们的设计,李⁺在LiPON离子移动的电荷转移过程。

结论

它已经表明,定量信息的构成LiPON超薄薄膜通过ALD可以获得使用深度和XPS分析技术的结合。它已经表明,单原子的基于“增大化现实”技术⁺离子是不适合用于分析材料与移动,光元素正电荷的积累会导致迁移,,反过来,导致不正确的化学亚博网站下载计量学。总之,高能基于“增大化现实”技术的使用_n⁺集群的深度分析,这类材料是至关重要的减少离子迁移和获得信心的影响结果的有效性。亚博网站下载

确认

非常感谢教授的研究小组加里Rubloff特别是亚历克斯皮尔斯马里兰大学。

引用和进一步阅读

1. a . Kozen a .皮尔斯发起,g . Rubloff林氟,m . nok化学。板牙。,2015年,27岁,5324 - 5331
2. 山本y山本,k, j .非。哭了起来。索尔,2015、356、14

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