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溅射功率对LiCoO2薄膜结构及性能的影响研究

固态薄膜电池；LiCoO2正极薄膜；溅射功率；射频磁控溅射

摘要：固态薄膜电池具有尺寸小、可集成、可弯曲等特性，在微电子领域具有较好的应用前景，可用作智能射频卡、集成电路和一些可穿戴电子产品的电源。LiCoO₂因为具有高密度、高比容量、高工作电压和较长的循环寿命等特点，成为薄膜电池最受欢迎的正极材料之一。而性能较好的HT-LiCoO₂相一般在超过700℃退火才能得到，较高的退火温度易导致薄膜产生开裂以及脱落的问题。所以通过调整工艺参数以获得结构性能优异的LiCoO₂薄膜很关键。

本文采用磁控溅射技术在不锈钢基底上沉积制备了系列（003）取向的LiCoO₂薄膜，研究了溅射功率对薄膜结构及电化学性能的影响。结果表明，在100-160W功率范围内，适当增加功率有助于Co与O原子的键合，提高薄膜的结晶度。功率为120W时，首次放电比容量为40.9μAh cm^-2 m^-1，循环100圈后容量保持率为61.2%；但当功率提高到160W时，由于过快的沉积速率难以与粒子在衬底表面的扩散速率相匹配反而会造成晶格压缩，阻碍了Li⁺在LiCoO₂内部的扩散，循环100圈后容量保持率只有54.2%。