Electrochemical Characteristics of $V_2O_5$ based All Solid State Thin Film Microbattery by Ex-situ Sputtering Method

Ex-situ 스퍼터링법에 의한 $V_2O_5$ 전 고상 박막전지의 전기화학적 특성

Amorphous $V_2O_5$ cathode thin films were prepared by DC-magnetron sputtering at room temperature and the thin film rechargeable lithium batteries were fabricated with the configuration of $V_2O_5/LIPON/Li$ using sequential ex-situ thin film deposition techniques. The electrochemical characteristics of $V_2O_5$ cathode materials Prepared at 80/20 of $Ar/O_2$ ratio showed high capacity and cycling behaviors by half cell test. LIPON solid electrolytes films were prepared by RF-magnetron sputtering using the self-made $Li_3PO_4$ target in pure $N_2$ atmosphere, and it was very stable for lithium contact in the range of 1.2-4.0 V vs. Li. Metallic lithium were deposited on LIPON electrolyte by thermal evaporation methode in dry room. Vanadium oxide based full cell system showed the initial discharge capacity of $150{\mu}A/cm^2{\mu}m$ in the range of $1.2\~3.5V$.

상온에서 DC-magnetron sputtering으로 증착한 비정질의 $V_2O_5$ 박막을 양극물질로 하여 $V_2O_5/LIPON/Li$으로 구성된 박막형 리튬이차전지를 제작하였다. $V_2O_5$의 양극특성은 액체전해질을 이용한 half cell 구조에서 평가하였으며, $Ar/O_2$ 분압비의 변화에 따라 제작된 $V_2O_5$ 양극은 분압비 80/20에서 가장 좋은 특성을 보였다. 자체 제작한 $Li_3PO_4$ 타겟을 사용하여 RF-sputtering으로 순수한 질소 분위기 하에서 양극 위에 고체전해질 LIPON 박막을 형성하였으며, 1.2-4.0V vs. Li 구간에서 리튬에 대해 반응성이 없는 안정한 화합물임을 확인하였다. 음극으로 쓰인 약 $2{\mu}m$두께의 금속리튬박막은 진공 열 증착법으로 제조하였으며, $V_2O_5/LIPON/Li$의 박막형 리튬이차전지는 $1.2\~3.5V$ 구간에서 초기에 약 $150{\mu}A/cm^2{\mu}m$의 높은 방전용량을 나타내었다.