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【6h】

采用摻雜銅的V2O5為陰極材料的微型薄膜鋰離子電池的研究

 

目錄

聲明

摘要

第一章 緒論

1.1 微型薄膜鋰離子電池的發(fā)展概況與應(yīng)用

1.1.1 薄膜鋰離子電池發(fā)展歷史

1.1.2 薄膜鋰離子電池的工作原理

1.1.3 薄膜鋰離子電池發(fā)展遇到的瓶頸及問題

1.2 薄膜鋰電池的薄膜材料研究進展

1.2.1 薄膜鋰離子電池的正極材料研究進展

1.2.2 薄膜鋰離子電池電解質(zhì)材料研究進展

1.2.3 薄膜鋰離子電池的負極材料研究進展

1.3 全固態(tài)薄膜鋰離子電池的結(jié)構(gòu)

1.3.1 二維結(jié)構(gòu)

1.3.2 三維結(jié)構(gòu)

1.4 本論文的主要內(nèi)容

參考文獻

第二章 氧化釩薄膜的結(jié)構(gòu)、性能、制備及研究方法

2.1 氧化釩的晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

2.1.1 五氧化二釩(V2O5)

2.1.2 二氧化釩(V2O2)

2.1.3 三氧化二釩(V2O3)

2.2 制備氧化釩薄膜的技術(shù)

2.3 薄膜材料的物理結(jié)構(gòu)表征

2.3.1 X射線衍射(XRD)

2.3.2 掃描電鏡(SEM)

2.3.3 X射線光電子能譜(XPS)

2.4 薄膜材料的電化學(xué)測試

2.4.1 循環(huán)伏安測試(CV)

2.4.2 恒流源充放電測試

參考文獻

第三章 全固態(tài)薄膜鋰離子電池陰極薄膜制備及表征

3.1 氧化釩薄膜的制備

3.1.1 硅片預(yù)處理及表面氧化

3.1.2 氧化釩薄膜的制備

3.2 氧化釩薄膜的物理結(jié)構(gòu)表征

3.2.1 氧化釩薄膜的半導(dǎo)體特性測試(IV)

3.2.2 氧化釩薄膜的X射線衍射分析(XRD)

3.2.3 氧化釩薄膜的掃描電鏡表征(SEM)

3.2.4 氧化釩的X射線光電子能譜測試(XPS)

3.3 氧化釩薄膜的電化學(xué)性質(zhì)測試

3.3.1 電極片的制作及模擬電池的組裝

3.3.2 氧化釩循環(huán)伏安測試(CV)

3.3.3 氧化釩恒流源充/放電測試

3.4 本章小結(jié)

參考文獻

第四章 鋰離子電池的實驗制備

4.1 MEMS工藝簡介

4.1.1 MEMS加工工藝簡介

4.1.2 MEMS加工工藝使用試劑和儀器

4.2 制備流程

4.2.1 二維結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.2.2 二維結(jié)構(gòu)制備工藝流程

4.2.3 三維結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備流程

4.2.4 全固態(tài)微型薄膜鋰離子電池的封裝

4.3 微型鋰離子電池測試結(jié)果

4.4 本章小結(jié)

參考文獻

第五章 工作總結(jié)與展望

5.1 工作總結(jié)

5.2 展望

致謝

作者攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文

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摘要

MEMS技術(shù)的發(fā)展對微能源的微型化和集成化提出更高的要求,希望將微能源直接集成在微器件當中。在此背景下,微型薄膜鋰電池因其高能量密度、高開路電壓、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢,而受到了人們的重視,是一種應(yīng)用前景廣泛的微型電池。
  由于電極材料的性能對微電池性能有巨大影響,釩基化合物因其良好的嵌鋰性能一直受到人們廣泛的關(guān)注,其中五氧化二釩(V2O5)具有比容量大、能量密度高等優(yōu)點,是鋰二次電池正極材料研究的熱點之一。本文采用磁控濺射制備了Cu摻雜的V2O5材料。通過SEM和XRD分析表明磁控濺射制備的V2O5薄膜呈晶體結(jié)構(gòu),摻雜Cu使薄膜轉(zhuǎn)為非定型態(tài),Cu摻雜增強了V2O5層間的相互作用力,有利于提高材料在Li+離子嵌入/脫出過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。對上述材料進行了恒流充放電和循環(huán)伏安測試,研究了不同Cu摻雜濃度對V2O5材料電化學(xué)性質(zhì)的影響。結(jié)果表明,摻雜量較高的Cu3.55VO4.88具有更高的可逆容量和更好的容量保持率。
  最后我們利用廈門大學(xué)薩本棟微納米技術(shù)研究中心的實驗條件,制備了以CuxV2O5為正極,LixV2O5為負極的CuxV2O5/LiPON/LixV2O5二維和三維微型鋰離子電池,并對其電化學(xué)性能進行研究。循環(huán)50次充放電測試,未摻雜的微型電池放電容量保持在2.0nAh左右;摻雜Cu的2D微型電池放電容量維持在8nAh左右;摻雜Cu的3D微型電池放電容量維持在11nAh左右。
  本論文的主要創(chuàng)新性工作有:分析摻雜不同比例銅對于釩氧化物薄膜電極的影響,并系統(tǒng)研究了薄膜的晶體結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能;為進一步提高電池的容量,我們還設(shè)計出三維結(jié)構(gòu);制備出單元面積為1.9mm×1mm的CuxV2O5/LiPON/LixV2O5二維和三維微型薄膜鋰離子電池。

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