[發明專利]一種薄膜鋰電池的制備方法

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• 申請號: 201810930459.X
• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN110838597A
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 廣州市思創信息技術有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/0525;C23C14/18;C23C14/35
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種薄膜鋰電池的制備方法，包括采用Al₂O₃單晶襯底為薄膜鋰電池的基底，采用DC磁控濺射將弱取向的多晶Au膜進行沉積；采用紅外激光加熱，并在真空環境下退火；在脈沖激光沉積系統中，沉積LCO膜作為陰極，采用Li_1.2CoO₂的燒結陶瓷靶材；在射頻磁控濺射沉積系統中，采用RF磁控濺射沉積的LiPON固體電解質層；采用常規蒸發方法將用于陽極的金屬Li膜沉積在LiPON層上。本發明制備的薄膜電池也性能穩定，獲得了清潔的電解質/電極界面，避免表面污染，實現全固態電池的較低界面電阻。

技術領域

本發明涉及電池領域，特別是涉及一種薄膜鋰電池的制備方法。

背景技術

與目前基于液體有機電解質的鋰離子電池相比，使用無機固體電解質的全固態鋰電池由于其安全性，大容量和高電位窗口而有望成為下一代電池。全固態鋰電池為固體電解質，并且在電極界面處存在大內阻，這極大地影響了電池的電化學性質。

目前，可以通過受控的晶體取向和/或由薄膜生長技術提供的限定的界面區域，用于檢測固體電解質/電極界面處的界面電阻。由于薄膜電池在制造過程中暴露在空氣中并經過退火處理，導致界面的原子結構模糊不清，因此無法了解電解質/電極界面處的離子傳導機制。如果電極表面在沉積固體電解質之前一暴露在空氣中，則諸如碳氫化合物和反應層之類的污染物就會成為鋰離子傳導的電阻層或非活性界面。為了進一步提高鋰離子傳導機制，制備清潔的電解質/電極界面至關重要。

發明內容

為解決上述問題，本發明旨在提供一種薄膜鋰電池的制備方法，本發明制備的薄膜電池也性能穩定，獲得了清潔的電解質/電極界面，避免表面污染，實現全固態電池的較低界面電阻。

本發明的具體技術方案為：一種薄膜鋰電池的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

步驟一：采用 Al₂O₃單晶襯底為薄膜鋰電池的基底，將基底輸送至Au集電器腔中，采用DC磁控濺射將弱取向的多晶Au膜進行沉積；

步驟二：將沉積的Au膜轉移到脈沖激光沉積系統中，采用紅外激光加熱，并在真空環境下退火，退火的Au膜呈現111晶格位相；

步驟三：在脈沖激光沉積系統中，沉積LCO膜作為陰極，采用Li_1.2CoO₂的燒結陶瓷靶材來補償沉積期間Li的損失；

步驟四：輸送至射頻磁控濺射沉積系統中，在室溫下采用RF磁控濺射沉積的LiPON固體電解質層，用于覆蓋LCO膜；

步驟五：采用常規蒸發方法將用于陽極的金屬Li膜沉積在LiPON層上。

進一步地，在所述步驟一中，所述Al₂O₃單晶襯底的晶格位相為0001。

進一步地，在所述步驟二中，退火溫度為600℃，退火時間為10分鐘。

進一步地，在所述步驟三中，基板保持在400℃，氧分壓為0.13Pa，在靶上以5Hz的重復頻率照射KrF準分子激光，波長為248nm，能量密度為1.0J cm^-2。

進一步地，在所述步驟四中，采用2英寸Li₃ PO₄靶，沉積環境為0.5Pa N ₂氣，RF磁控濺射的功率為100W；靶與基板之間的垂直距離為55mm，水平距離為45mm。

一種采用如上所述薄膜鋰電池的制備方法制備的薄膜鋰電池，該薄膜鋰電池Li，LiPON，LCO和Au層的厚度分別為500～550，800～1000，100～200和150～250nm。