LICoO2的沉积转让专利
申请号 : CN200710194004.8
文献号 : CN101255545B
文献日 : 2013-05-15
发明人 : 张红梅 , 理查德·E·德马雷 , B·J纽德克尔
申请人 : 无穷动力解决方案股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种沉积LiCoO2层的方法,所述方法包括:将衬底置于反应器中;
至少使惰性气体流动通过所述反应器;
将脉冲调制的DC功率施加到包含LiCoO2的溅射靶上;
将所述靶安置成与所述衬底相对;
在所述衬底上形成LiCoO2层;和
向所述衬底和LiCoO2层应用快速热退火。
2.权利要求1所述的方法,其中所述衬底至少部分包含选自硅、聚合物、玻璃、陶瓷和金属组成的组中的材料。
3.权利要求1所述的方法,其中所述快速热退火处理还包括将所述LiCoO2层退火至小于约700℃的温度,时间少于约10分钟。
4.权利要求1所述的方法,还包括在所述衬底上沉积铂层。
5.权利要求1所述的方法,还包括在所述衬底上沉积导电层。
6.权利要求1所述的方法,还包括将RF偏压施加到所述衬底上,同时将脉冲调制的DC功率施加到所述溅射靶上。
7.权利要求1所述的方法,其中所述LiCoO2层至少部分包含晶体结构。
8.权利要求1所述的方法,其中所述LiCoO2层至少部分包含晶体结构和在(101)平面上的优选晶体取向。
9.权利要求1所述的方法,其中所述LiCoO2层至少部分包含晶体结构和在(003)平面上的优选晶体取向。
10.权利要求1所述的方法,其中所述LiCoO2层包含在约 和约 之间的晶粒尺寸。
11.权利要求1所述的方法,还包括在沉积所述LiCoO2层之前,将所述衬底预热至高达约200℃的温度。
12.权利要求1所述的方法,还包括在沉积所述LiCoO2层之前,将所述衬底预热;所述LiCoO2的沉积在不使用活性衬底加热的情况下发生。
13.权利要求1所述的方法,还包括在所述衬底上沉积氧化物层。
14.权利要求13所述的方法,其中所述氧化物层包含二氧化硅层。
15.权利要求1所述的方法,还包括以大于约1μm/小时的速率沉积所述LiCoO2层。
16.权利要求1所述的方法,其中所述溅射靶包括在跨过其约4cm的表面测量的电阻小于约500kΩ的陶瓷LiCoO2溅射靶。
17.一种沉积锂金属氧化物层的方法,所述方法包括:将衬底置于反应器中;
至少使惰性气体流动通过所述反应器;
将脉冲调制的DC功率施加到包含锂金属氧化物的溅射靶上;
将所述靶安置成与所述衬底相对;
在所述衬底上形成所述锂金属氧化物层;和向所述衬底和锂金属氧化物层应用快速热退火。
18.权利要求17所述的方法,其中所述衬底至少部分包含选自硅、聚合物、玻璃、陶瓷和金属组成的组中的材料。
19.权利要求17所述的方法,其中所述快速热退火处理还包括将所述锂金属氧化物层退火至小于约700℃的温度,时间少于约10分钟。
20.权利要求17所述的方法,还包括在所述衬底上沉积铂层。
21.权利要求17所述的方法,还包括在所述衬底上沉积导电层。
22.权利要求17所述的方法,还包括将RF偏压施加到所述衬底上,同时将脉冲调制的DC功率施加到所述溅射靶上。
23.权利要求17所述的方法,其中所述锂金属氧化物层至少部分包含晶体结构。
24.权利要求17所述的方法,其中所述锂金属氧化物层至少部分包含晶体结构和在(101)平面上的优选晶体取向。
25.权利要求17所述的方法,其中所述锂金属氧化物层至少部分包含晶体结构和在(003)平面上的优选晶体取向。
26.权利要求17所述的方法,其中所述锂金属氧化物层包含在约 和约 之间的晶粒尺寸。
27.权利要求17所述的方法,还包括在沉积所述锂金属氧化物层之前,将所述衬底预热至高达约200℃的温度。
28.权利要求17所述的方法,还包括在沉积所述锂金属氧化物层之前,将所述衬底预热;所述锂金属氧化物的沉积在不使用活性衬底加热的情况下发生。
29.权利要求17所述的方法,还包括在所述衬底上沉积氧化物层。
30.权利要求29所述的方法,其中所述氧化物层包含二氧化硅层。
31.权利要求17所述的方法,还包括以大于约1μm/小时的速率沉积所述锂金属氧化物层。
32.权利要求17所述的方法,其中所述溅射靶包括在跨过其约4cm的表面测量的电阻小于约500kΩ的陶瓷锂金属氧化物溅射靶。
33.一种制造电池的方法,所述方法包括:提供第一导体;
在所述第一导体上沉积LiCoO2层,包括将脉冲调制的DC功率提供给溅射靶,同时将RF偏压功率提供给与所述溅射靶相对安置的衬底。
将所述LiCoO2层快速热退火以使其平均晶粒尺寸增加至至少约在所述LiCoO2层上沉积电解质层;和在所述电解质层上沉积电化学活性导体。
34.一种通过权利要求33所述的方法制造的电池,其中所述电池能够在大于2.0V的电
2 2
压下提供每1cmLiCoO2层面积为至少25mA/cm 的电流。
说明书 :
LICoO2的沉积
申请60/634,818,每一份临时申请的全部内容都通过引用结合在此。
技术领域
的至少700℃的高温退火处理,以使LiCoO2膜结晶的高温材料。这种衬底可以是具有合适
结构和材料性能的任何适合的材料,例如在LiCoO2的存在下经受后续高温处理的半导体晶
片、金属片(例如钛或锆)、陶瓷如氧化铝或其它材料,所述LiCoO2 可以在这些温度循环过程中与用于电池的大多数材料经受显著的界面反应。
中,例如,在700℃以上的退火将沉积的非晶膜转变为结晶态。然而,这种高温退火严重限制了可以用作衬底的材料,诱导与含锂阴极材料的破坏性反应,并且通常需要使用昂贵的贵
金属如金。这些高热预算的方法(即,长时间周期的高温)与半导体或MEM器件加工不相
容,并且限制了衬底材料的选择,增加成本并且降低这些电池的产量。
炉退火实现了LiCoO2材料的结晶。Kim,Han-Ki和Yoon,Young Soo,″Characteristics
of rapid-thermal-annealed LiCoO2,cathodefilm for an all-solid-state thin film microbattery,″J.Vac.Sci.Techn.A 22(4),2004年7月/8月。在Kim等中,在沉积于
高温MgO/Si衬底上的铂膜上沉积LiCoO2膜。在Kim等中表明,这些结晶膜能够构成功能
+ +
性全固态Li 离子电池的含Li 离子阴极层。
申请09/815,983(公布号US2002/001747)、09/815,621(公布号US 2001/0032666)和
09/815,919(公布号US 2002/0001746)中找到了这些膜的一些实例。这些参考文献公开与
沉积源并行使用第二前侧离子束或其它离子源以在衬底表面获得离子通量与LiCoO2蒸气
通量的交迭区。这些参考文献没有一份公开了在沉积过程中的膜温度数据或膜的其它温度
数据以支持低温处理的主张。
现均匀的材料沉积中所涉及的困难。这些参考文献没有公开薄膜电池的可靠制造所需
的均匀的材料沉积。人们对有利于电池产品的材料均匀性的良好认识的规定是5%的
1-∑(one-sigma)的材料均匀性是在薄膜制备中的标准。发现约86%具有这种均匀性的
膜对于电池制造是 可接受的。
些参考文献公开了唯一的可行性结果。在这些参考文献中没有公开由两种独立的前侧源
(front side source)实现均匀的分布的方法。
量和低体积的电池。
钢、铝或铜箔上制造功能化结构体的方法。
些实施方案解决了对LiCoO2膜的高速率沉积的需要,所述LiCoO2膜可以用作固态可充电Li
电池中的阴极层。根据本发明的方法的实施方案可以消除常规上使LiCoO2层结晶所需要
的高温(>700℃)退火步骤。
衬底放置的由LiCoO2形成的靶上。在一些实施方案中,在所述衬底上形成LiCoO2层。此
外,在一些实施方案中,所述LiCoO2层是取向<101>的结晶层。
的阳极。可以将顶部的导电层沉积在所述一个或多个电池层叠体上。
中,将导电层沉积在所述衬底上;在所述聚集型设备的第二室中,将结晶LiCoO2层沉积在所述导电层上;在所述聚集型设备的第三室中,将LiPON层沉积在所述LiCoO2层上;在第四室中,将阳极层沉积在所述LiCoO2层上;和在所述聚集型设备的第五室中,将第二导电层沉积在所述LiPON层上。
是为了说明而表述的,而不应该被认为限制本发明公开内容或权利要求的范围。
膜,它是在不使用金属成核或阻挡下层膜的情况下,在沉积过程中沉积在衬底温度低到约
220℃的衬底上的。通过在不使用下层贵金属膜的情况下,在约700℃仅退火5分钟,可以使沉积原样(as-diposited)的LiCoO2膜容易熟化至很高的结晶状态。另外,当在贵金属膜
上安置时,可以将沉积原样的结晶膜在进一步大大降低的温度例如低至400至500℃而不
是在700℃的温度退火,因而提供了固态电池在更低温度的衬底上的沉积、退火和制造。
单一扩展源,所述单一扩展源按比例确定为400mm×500mm用于制造,以在2000cm 的面积
上以每小时1.2微米厚度的沉积速率实现在25个点测量的LiCoO2均匀性为3%的1-∑。
no.TL-F-390,在199-224℃是活性的)进行温度测量。
外,可以将根据本发明的膜沉积在宽面积的衬底上, 所述衬底具有的表面面积为现有的溅射方法的表面面积的10至50倍,从而导致高得多的生产率和低得多的制造成本,由此提供
高容量、低成本的电池。
的结晶性足以用于电池结构,而不用进一步的热处理。在一些实施方案中,通过与沉积在低温衬底上的膜相适合的具有低的热预算的热处理,使沉积原样的LiCoO2层的结晶性得到提
高。
力的情况下,可以制造使用沉积原样的LiCoO2 膜的电池。将LiCoO2层热处理可以提高结
晶性并且降低阻抗。
要。消除高温退火允许在轻重量和低温衬底如不锈钢箔、铜箔、铝箔和塑料片上形成电池结构,从而降低电池的重量和成本,同时保持Li基电池的能量密度储存能力。在一些实施方
案中,可以在贵金属层如铱上沉积结晶LiCoO2层,从而导致提高结晶性所需的熟化热预算
进一步显著降低。
Reactive Sputtering of Oxide Films″,2002年3月16日提交。在下列专利申请中
描述了靶的制备:Vassiliki Milonopoulou等的美国专利申请序列号10/101,341,题目
为″Rare-Earth Pre-Alloyed PVD Targets forDielectric Planar Applications″,
2002年3月16日提交。美国专利申请序列号10/101863和美国专利申请序列号10/101,341
各自均被转让给与本公开相同的受让人,它们各自的全部内容都被结合在此。在美国专利
号6,506,289中也描述了氧化物材料的沉积,其全部内容也通过引用结合在此。可以使用
与在美国专利号6,506,289和美国申请序列号10/101863中具体描述的那些类似的方法沉
积透明的氧化物膜。
的衬底尺寸)系统或来自Applied Komatsu,SantaClara,CA的AKT-4300(600×720mm的衬
底尺寸)系统改造的。例如,AKT-1600反应器具有通过真空传输室连接的三个沉积室。可
以改进这些AKT反应器使得在材料膜的沉积过程中,将脉冲调制的DC功率供应到靶上并且
将RF功率供应到衬底上。
12平行并且相对放置。靶12在由脉冲调制的DC电源14将功率施加到其上时起着阴极的
作用,并且被等效称为阴极。将电功率施加到靶12上产生等离子体53。将衬底16通过绝
缘体54与电极17电容连接。可以将电极17连接到RF电源18上。将磁铁20扫描穿过靶
12的顶部。
缘层放电并且防止产生电弧。为了获得无电弧沉积,脉冲频率超过可以取决于靶材料、阴极电流和反向时间的临界频率。使用如装置10中所示的反应性脉冲DC磁控管溅射,可以制
备高质量的氧化物膜。
高达10kW的脉冲调制的DC功率。反向电压可以是负的靶电压的10%。使用其它电源可能
导致不同的功率特性、频率特性和反向电压百分比。可以将关于这种实施方案的电源14的
反向时间调整在0和5μs之间。
电源。
损害电源14,并且允许脉冲调制的dc功率和频率通过。
状物起着降低材料的介电强度的作用,但是可能提供使电流、离子电流、气体或其它化学试剂如水传输或扩散的扩散通道。在固态电池的情况下,因为柱状结构允许Li通过材料边界
更好地传输,由根据本发明的方法获得的具有结晶性的柱状结构对电池性能有利。
节到-50℃和500℃之间。在靶12和衬底16之间的距离可以在约3和约9cm之间(在一
些实施方案中,在4.8和6cm之间)。可以将工艺气体以高达200sccm的速率引入到装置
10的室中,同时可以将在装置10的室中的压力保持在约7和6毫托之间。磁铁20提供被
定向在靶12的平面内并且强度为约400和约600高斯之间的磁场,并且以小于约20-30秒
/扫描的速率横跨靶12移动。在使用Phoenix反应器的一些实施方案中,磁铁20可以是尺
寸约为150mm×800mm的跑道形磁铁。
匀的等离子体环境下的区域。在一些实施中,载体17可以是与区域52共同扩张的。图2
所示的区域24指其内可以同时实现物理和化学的均匀沉积的区域,例如,物理和化学均匀
性提供折射率均匀性、氧化物膜均匀性或金属膜均匀性的地方。图2显示了提供厚度均匀
性的靶12的区域52,所述区域52通常大于对沉积膜提供厚度和化学均匀性的靶12的区域
24。然而,在最佳方法中,区域52和24可以是共同扩张的。
和1B中所示,磁铁20可以扫描穿过比均匀的溅射侵蚀的区域52更大的靶12的整个范围。
磁铁20在与靶12的平面平行的平面内移动。
上面,靶表面的溅射条件如侵蚀的均匀性、在靶表面的等离子体平均温度和靶表面与处理
的气相环境的平衡是均匀的。另外,膜厚度均匀的区域大于或等于具有高度均匀的电、机械或光学性能如折射率、化学计量、密度、透射或吸收率的膜的区域。
的金属氧化物添加剂。在本公开中,靶12可以由用于沉积LiCoO2膜的LiCoO2形成。
含多块砖,例如包含在2至60块之间的独立砖。可以将砖精加工成一定尺寸,使得提供小
于约0.010″至约0.020″或小于半毫米的边缘式非接触的砖与砖的边宽,以消除可能发
生在砖30的相邻砖之间的等离子体处理。在图1B中,在靶12的砖和暗区阳极或接地屏蔽
19之间的距离有时可以更大,以提供非接触组件或者在处理室调节或操作过程中提供热膨
胀公差。
的中心区域52可以经受均匀的溅射侵蚀的条件。如在此进一步论述那样,则沉积在置于中
心区域52下面的任何地方的衬底上的层在厚度和其它性能方面(即,介电性、光学指数或
材料浓度)可以是均匀的。在一些实施方案中,靶12基本上是平坦的,以提供沉积在衬底
16上的膜的均匀性。实际上,靶12的平面性可以指在区域52的靶表面的所有部分都是不
超过几毫米的平坦表面,并且可以典型地为不超过0.5mm的平坦表面。
303之前,以各种方法将集电层302形成图案。而且,根据一些实施方案,LiCoO2层303可
以是沉积的结晶层。在本发明的一些实施方案中,层303在无需结晶热处理的情况下就已
是结晶的。因此,衬底301可以是硅晶片、钛金属、氧化铝或其它常规的高温衬底,但是还可以是低温材料如塑料、玻璃或其它能够对来自高温结晶热处理的损害敏感的材料。这种特
性可以具有降低通过本发明形成的电池结构的费用和重量的很大优点。LiCoO2的低温沉积
允许电池层一个接一个的连续沉积。这种方法具有在不包含衬底层的情况下,以层叠状态
获得连续的电池结构层的优点。叠层式电池提供更高的比能量密度以及低阻抗的充电和放
电操作。
属导电层305以完成电池。金属导电层305可以包含与LiPON层304相邻的锂。
上面。
应稳定电流的能力依赖于Li离子扩散通过LiPON层304和LiCoO2层303的能力。通过薄
膜电池中的块状阴极LiCoO2层303的Li迁移借助晶粒或晶粒边界发生。在本公开中不受
任何特定的迁移理论限制的情况下,认为是其平面与衬底302平行的晶粒堵塞了Li离子的
流动,同时以与衬底301垂直的平面取向(即,与Li离子流的方向平行取向)的晶粒促进
Li扩散。因此,为了提供高电流的电池结构,LiCoO2层303应该包含以<101>方向或<003>
方向取向的晶体。
并且可以使用Advanced Energy Pinnacle plus10K脉冲调制的DC电源对靶提供功率。电
源的脉冲频率可以从约0KHz变化至约350KHz。电源的功率输出在0和约10kW之间。在
dc溅射的情况下,可以使用电阻率在约3至约10kΩ的范围内的致密LiCoO2砖的靶。
80sccm。在沉积过程中,脉冲频率在约200kHz至约300kHz的范围。还可以将RF偏压施加
到衬底上。在多次试验中,根据O2/Ar比率以及衬底偏压,沉积速率从约 /(kW秒)变化
至约 /(kW秒)。
达到约150nm的晶粒尺寸。占优势的晶体取向对O2/Ar比率显得敏感。对于某些O2/Ar比率
(~10%),沉积原样的膜具有在<101>方向或<003>方向上的优选取向和生长差的<003>
平面。
Ar和20sccm的O2,在Si晶片上沉积这种LiCoO2膜。如图4A的XRD分析所示,强的<101>
峰表示LiCoO2晶体的强取向显示在适宜的<101>结晶方向上。图4B中所示的SEM横截面
进一步显示了具有<101>方向的膜的柱状结构和得到的LiCoO2晶体的晶粒边界。
沉积。在图5A中所示的LiCoO2膜对应在表I中的示例性沉积实施例1。在图5A中所示的
LiCoO2膜的沉积中,不使用偏压功率,以及氩气流量约为80sccm并且氧气流量约为0sccm。
在400×500mm的全部衬底区域上面都实现了约1.45μm/小时的沉积速率。此外,如在图
5A所示的横截面中说明,实现了LiCoO2的<101>取向。
欧姆的靶电阻。这种高速率可以在宽的区域上,在短时间内以高速率制备电池所需的等于
或厚于3微米的LiCoO2层,从而导致很高的生产率和很低的成本。在这种低的靶功率下,
通过相同测量技术在相同距离上测量的数量级约为500kΩ或更高的靶电阻不允许这种高
溅射效率或高沉积速率。常规的靶材料的电阻可能是高得不可测量。在约4cm的表面上的
100kΩ的电阻导致高溅射效率和高沉积效率。此外,因为沉积速率典型地与靶功率几乎成
直线比例,所以在6kW的沉积产生约3μm/小时的沉积速率,这样的沉积速率对于Li基薄
2
膜固态电池在400×500mm 的表而面积上的可制造性是很适宜的沉积速率。
著降低至约0.85μm/小时。此外,尽管可以辨别<101>结晶,但是<101>结晶在图5A中所
示的膜的沉积中不是明显显示的。
约为0.67μm/小时。因此,与图5B中所示的LiCoO2膜相比,偏压的施加进一步降低沉积
速率(从图5B中所示的实施例的0.85μm/小时降低至图5C中所示的实施例的0.67μm/
小时)。此外,形成的晶体的需要的<101>方向性显得进一步降低。
约76sccm的氩气流和约4sccm的氧气流以及保持对衬底的100W偏压,进行在图5D中说明
的沉积。LiCoO2的沉积速率从在图5C中说明的0.67μm/小时的速率提高至0.79μm/小
时。
积,增加氩气和氧气流量这两者导致更低的沉积速率。
衬底601具有与电池层叠体本身的厚度相当的厚度,而不是具有电池层叠体的厚度的多倍
或几十倍的厚度。这种膜可以导致更快的充电和放电速率。衬底601可以由薄金属片(例
如铝、钛、不锈钢或其它适合的薄金属片)形成,可以由聚合物或塑料材料形成,或者可以由陶瓷或玻璃材料形成。如图6B中所示,如果衬底601是绝缘材料,则可以在衬底601和
LiCoO2层602之间沉积导电层603。
装置700包含咬在一起的顶部701和底部702。将薄衬底601放置在顶部701和底部702
之间。如图7B中所示,顶部701和底部702使衬底601被施加张力,随后在顶部701靠近
底部702时被夹住。通过固定装置700可以容易地固定衬底601,因而可以将衬底601处理
并且定位。在一些实施方案中,将衬底601的拐角即区域703除去,使得在顶部701靠近底
部702时,因避免了″卷绕″拐角夹紧作用而使衬底601更容易拉伸。
模712附着在固定装置700上,并且与固定装置700一起移动。可以将掩模712放置在固
定装置700中的衬底601上的任何适宜的高度。因此,掩模712可以起着接触或接近式的
掩模的作用。在一些实施方案中,掩模712由装配在类似于固定装置700的固定装置中的
另一个薄衬底形成。
和掩模712可以具有允许相互容易对准以及与支架710容易对准的结构元件。在一些实施
方案中,掩模712在处理室中是固有的,并且如图7D中所示,并且在将固定装置700定位在
支架710上的过程中与固定装置700对准。
就可以将薄膜衬底601处理并且从处理室移动到处理室。因此,可以使用多处理室系统形
成包含一层或多层根据本发明实施方案沉积的LiCoO2层的层叠体。
聚集型设备800中取出得到的装置。室804、805、806、807和808是用于材料的沉积、热处
理、蚀刻或其它处理的处理室。室804、805、806、807和808中的一个或多个可以是上述相对于图1A和1B所述的脉冲调制的DC PVD室,并且在这些室中可以沉积根据本发明实施方
案沉积的LiCoO2膜。
片的衬底传输机械手臂。
型设备800外面的空气中进行热处理。然后通过加载锁802将处理后的晶片再次装载到聚
集型设备800中。可以在室806中沉积LiPON层。然后再次将所述晶片从聚集型设备800
中取出以沉积锂阳极层,或者有时可以改装室807以沉积锂阳极层。在室808中沉积第二
金属层以形成充电集电极和阳极集电极。然后将完成的电池结构体从聚集型设备800中通
过加载锁802卸载。通过在传输室801中的机械手臂在室间来回移动晶片。
然后室805包括根据本发明实施方案的LiCoO2层的沉积。然后可以在室806中沉积LiPON
层。还可以改装室807以沉积富锂材料如锂金属,并且可以将室808用于沉积集电极的导
电层。在这种方法中,没有使用热处理来使LiCoO2层结晶。
根据本发明的实施方案,LiCoO2 层602可以是约3-10μm,并且可以在室805中进行沉积。
然后可以将晶片移动到室806中,在此可以沉积厚度为约.5至约2μm的LiPON层901。在
室807中,然后可以在其内沉积阳极层902,例如,高达约10μm的锂金属层。然后在阳极层
902上面沉积第二导电层903。然后可以在第一电池层叠体上面沉积第二电池层叠体,所述
第一电池层叠体由金属层603、LiCoO2层602、LiPON层901、锂层902和集电导电层903形
成。在集电导电层903上面,形成另一个锂层902。在锂层902上面形成另一个LiPON层
901。在LiPON层901上面形成另一个LiCoO2层602,最后在LiCoO2层602上面形成另一个
金属层603。在一些实施方案中,可以形成另外的层叠体。在一些实施方案中,金属层603
和903在用于沉积的掩模方面不同,以形成用于将层电连接的小突起。
LiCoO2/LiPON/阳极/集电极/LiCoO2/LiPON/阳极/集电极.../集电极。在这种情况下,
因为各个电池层叠体共用阳极,所以形成串联配置的电池层叠结构。
有偏压功率、反向时间为1.6μs、脉冲频率为300kHz、Ar流为60sccm并且O2流为20sccm、
没有预处理、历时7200秒的情况下完成LiCoO2沉积。结果,沉积出约1.51μm的LiCoO2
层。
与需要的<101>晶体方向一致的约在2θ=38.07°的较尖锐峰和与铱的<111>方向对应
的在2θ=40.57°的峰。然而,<101>LiCoO2 峰的位置表明<101>LiCoO2峰是非化学计量
的LiCoO2。为了有利于用作电池层,化学计量的LiCoO2提供最好的Li迁移。本领域普通
技术人员应该注意到仔细调节沉积参数可以提供适宜取向的化学计量的LiCoO2。
此外,LiCoO2的<101>峰稍稍位移至2θ=38.53°,表明<101>LiCoO2的更接近化学计量
的结晶。然而,在这种退火之后,结晶LiCoO2仍然不是化学计量的。本领域普通技术人员
应该注意到退火温度等于或小于300℃的情况下,退火越久和/或进一步调节沉积的化学
计量可以导致有用取向的化学计量的LiCoO2层。因此,低温材料如聚合物、玻璃或金属可
以用作衬底。
39.08°,表明LiCoO2的<012>层的结晶。在这种情况下,<012>LiCoO2晶体是化学计量的,因此允许有效的Li迁移。本领域普通技术人员应该注意到在退火温度等于或小于500℃的情
况下,退火越久和/或进一步调节沉积的化学计量可以导致有用取向的化学计量的LiCoO2
层。因此,低温材料如聚合物、玻璃或金属可以用作衬底。
500°退火所显示的峰相同。
温度小于500℃的情况下,可以在玻璃、铝箔、塑料或其它低温衬底材料上实现LiCoO2层在导电铱层上的沉积。退火温度小于500℃但大于300℃或延长低温退火时间还可以导致化
学计量的结晶LiCoO2的需要的取向。
在一些实施方案中,衬底1101可以是塑料、玻璃、Al箔、Si晶片或任何其它材料。剥离层
1102可以是任何剥离层,并且可以是聚合物层如聚酰亚胺、无机层如CaF2或碳,或由于例如氧化、热或光而丧失其粘附性的粘合剂层。剥离层是熟知的。铱层1103可以是约500 或
更厚。
下导致沉积原样的LiCoO2。
上所述高达500℃的退火步骤。
单个的层电池可以是厚度约为5μm或更大的自支撑电池。在无需衬底1101的情况下,熟
知的是这种电池具有大于约1kW-小时/升的储能能力。
1101。此外,可以将单个的层电池以任何方式组合或层叠以提供在特定电压下具有更大储
能的装置。
# (kW) (W) (μs) (kHz) (sccm) (sccm) 过程中的温度)(℃) (秒) (μm)
1 2 0 1.6 250 80 0 30 10000 3.9
2 2 0 250 72 8 30 7200 1.7
3 2 100 250 72 8 30 7200 1.34
4 2 100 250 76 4 30 7200 1.57
5 2 100 250 76 4 200 7200 1.3
6 2 100 250 74 6 200 7200 1.3
7 2 0 300 72 8 30 7200 1.58
8 2 0 300 74 6 30 7200
9 2 100 300 74 6 30 7200
10 2 100 300 72 8 30 7200
11 2 100 300 70 10 30 7200
12 2 0 300 70 10 30 7200
13 2 0 300 72 8 30 7200 1.58
14 2 0 300 74 6 30 7200
15 2 0 300 60 20 30 7200
002 002 002 002 002 002 002 002 002 002 000 002 002
7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 9 7 7
却
冷
钟 钟
分 分
0 0 钟
3 1 分01
热 热
0 0 0 0 0 0 0 0 )HPN(0 加钟分0 热预有 热预有 加钟分5 热预有 ,钟分0
3 3 3 3 3 3 3 3 3 1 没 没 1 没 1
03 02 02 01 51 51 02 02 02 02 02 02 02 02 02
05 06 06 07 56 56 06 06 06 06 06 06 06 06 06
00 00 00 00 00 00 05 05 05 05 05 00 00 05 05
3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 3 3 2 2
6.1 6.1 6.1 6.1 6.1
0
0 02 05 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 2 2 2 2 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2
61 71 81 91 02 12 22 32 42 52 62 72 82 92 03
15 LiCoO2 菱形 强[101] 2.376(1) 37.83 ~1300
16 LiCoO2 菱形 强[101] 2.375(1) 37.85 ~750
17 Co 立方形 随机 -- -- <50
18 Co 立方形 随机 -- -- <50
19 LiCoO2 菱形 强[101] 2.370(1) 37.93 ~1400
20 LiCoO2 菱形 强[101] 2.372(1) 37.90 ~1500
21 LiCoO2 菱形 强[101] 2.370(1) 37.92 ~1700
PDF LiCoO2 菱形 随机 2.408(1) 37.31 --