[发明专利]一种薄膜锂电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种薄膜锂电池的制备方法，包括采用Al₂O₃单晶衬底为薄膜锂电池的基底，采用DC磁控溅射将弱取向的多晶Au膜进行沉积；采用红外激光加热，并在真空环境下退火；在脉冲激光沉积系统中，沉积LCO膜作为阴极，采用Li_1.2CoO₂的烧结陶瓷靶材；在射频磁控溅射沉积系统中，采用RF磁控溅射沉积的LiPON固体电解质层；采用常规蒸发方法将用于阳极的金属Li膜沉积在LiPON层上。本发明制备的薄膜电池也性能稳定，获得了清洁的电解质/电极界面，避免表面污染，实现全固态电池的较低界面电阻。

技术领域

本发明涉及电池领域，特别是涉及一种薄膜锂电池的制备方法。

背景技术

与目前基于液体有机电解质的锂离子电池相比，使用无机固体电解质的全固态锂电池由于其安全性，大容量和高电位窗口而有望成为下一代电池。全固态锂电池为固体电解质，并且在电极界面处存在大内阻，这极大地影响了电池的电化学性质。

目前，可以通过受控的晶体取向和/或由薄膜生长技术提供的限定的界面区域，用于检测固体电解质/电极界面处的界面电阻。由于薄膜电池在制造过程中暴露在空气中并经过退火处理，导致界面的原子结构模糊不清，因此无法了解电解质/电极界面处的离子传导机制。如果电极表面在沉积固体电解质之前一暴露在空气中，则诸如碳氢化合物和反应层之类的污染物就会成为锂离子传导的电阻层或非活性界面。为了进一步提高锂离子传导机制，制备清洁的电解质/电极界面至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种薄膜锂电池的制备方法，本发明制备的薄膜电池也性能稳定，获得了清洁的电解质/电极界面，避免表面污染，实现全固态电池的较低界面电阻。

本发明的具体技术方案为：一种薄膜锂电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：采用 Al₂O₃单晶衬底为薄膜锂电池的基底，将基底输送至Au集电器腔中，采用DC磁控溅射将弱取向的多晶Au膜进行沉积；

步骤二：将沉积的Au膜转移到脉冲激光沉积系统中，采用红外激光加热，并在真空环境下退火，退火的Au膜呈现111晶格位相；

步骤三：在脉冲激光沉积系统中，沉积LCO膜作为阴极，采用Li_1.2CoO₂的烧结陶瓷靶材来补偿沉积期间Li的损失；

步骤四：输送至射频磁控溅射沉积系统中，在室温下采用RF磁控溅射沉积的LiPON固体电解质层，用于覆盖LCO膜；

步骤五：采用常规蒸发方法将用于阳极的金属Li膜沉积在LiPON层上。

进一步地，在所述步骤一中，所述Al₂O₃单晶衬底的晶格位相为0001。

进一步地，在所述步骤二中，退火温度为600℃，退火时间为10分钟。

进一步地，在所述步骤三中，基板保持在400℃，氧分压为0.13Pa，在靶上以5Hz的重复频率照射KrF准分子激光，波长为248nm，能量密度为1.0J cm^-2。

进一步地，在所述步骤四中，采用2英寸Li₃ PO₄靶，沉积环境为0.5Pa N ₂气，RF磁控溅射的功率为100W；靶与基板之间的垂直距离为55mm，水平距离为45mm。

一种采用如上所述薄膜锂电池的制备方法制备的薄膜锂电池，该薄膜锂电池Li，LiPON，LCO和Au层的厚度分别为500～550，800～1000，100～200和150～250nm。