锂磷氧氮薄膜电解质的制备与结构分析

摘要

锂磷氧氮（LiPON）是薄膜电池应用中最具代表性的薄膜固态电解质，还被用作界面保护层，用以提高电解质与正极、负极的界面稳定性。采用射频磁控溅射方法，以Li₃PO₄为溅射靶材，在N₂气氛下沉积LiPON薄膜固态电解质。通过优化溅射功率、工作压强、基底温度等工艺条件，制备出表面致密、均匀、无缺陷的LiPON薄膜。XPS测试结果表明，薄膜的溅射过程是一种反应式溅射，N取代Li₃PO₄结构中的桥氧键（—O—）与非桥氧键（=O），形成氮三配位键N_t（—N<）和氮双配键N_d （=N—），构成网状结构的LiPON薄膜。测得LiPON薄膜固态电解质的室温离子电导率为7×10^-7S·cm^-1，电子电导率为4.8×10^-13 S·cm^-1。LiPON薄膜固态电解质致密的形貌和稳定的电化学性能使得LiPON在薄膜电池及固态电池界面改性中的应用具有显著优势。

关键词

LiPON / 薄膜固态电解质 / 射频磁控溅射 / 工艺优化 / 薄膜电池