Kim, Han-Ki;Seong, Tae-Yeon;Jeon, Eun-Jeong;Cho, Won-Il;Yoon, Young-Soo
한국세라믹학회지
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제38권1호
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pp.100-105
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2001
An all solid-state thin film battery (TFB) was fabricated by growing, undoped and Pt-doped vanadium oxide cathode film ( $V_2$$O_{5}$ ) on I $n_2$$O_3$: Sn coated glass, respectively. Room temperature charge-discharge measurements based on Li/Lipon/ $V_2$$O_{5}$ full-cell structure with a constant current clearly shows that the Pt-doped $V_2$$O_{5}$ cathode film is superior, in terms of cyclibility. X-ray diffraction (XRD) results indicate that the Pt doping process induces a more random amorphous structure than an undoped $V_2$$O_{5}$ film. In addition to its modified structure, the Pt-doped $V_2$$O_{5}$ film has a smoother surface than the undoped sample. Compared to an undoped $V_2$$O_{5}$ film, the Pt doped $V_2$$O_{5}$ cathode film has a higher electron conductivity. We hypothesize that the addition of Pt alters electrochemical performance in a manner of making more random amorphous structure and gives an excess electron by replacing the $V^{+5}$. Possible mechanisms are discussed for the observed Pt doping effect on structural and electrochemical properties of vanadium oxide cathode films, which are grown on I $n_2$$O_3$: Sn coated glass.
The carbon thin film was developed by the CVD method using the carbon source of toluene with the stream of argon gas at $800{\sim}1100^{\circ}C$ for 1 hour. Developed carbon thin films have the material loading of 0.27 mg($800^{\circ}C$), 0.80 mg($900^{\circ}C$), 2.3 mg($1000^{\circ}C$), and 2.9 mg($1100^{\circ}C$) for the disk of 15 mm diameter on single side. The characteristics of carbon thin film as the anode of thin film battery were evaluated using Li|C coin cell. Li|C($1100^{\circ}C$) coin cell has the first specific discharge and charge capacity of 953 mAh/g and 374 mAh/g, respectively, resulting the first Ah efficiency of 39.3 %. Capacity retention of the 5th cycle was 93.2 % indicating good cycleability. The carbon thin film prepared by CVD shows good specific capacity and cycleability, but low Ah efficiency.
All-solid-state thin-film battery can realize the integration of electronic circuits into small devices. However, a high voltage cathode material is required to compensate for the low energy density. Therefore, it is necessary to study all-solid-state thin-film battery based on the high voltage cathode material LNMO. Nevertheless, the electrochemical properties deteriorate due to the problem of the interface between LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO) and the solid electrolyte LiPON. In this study, to solve this problem, amorphous V2O5 was deposited as an interlayer between LNMO and LiPON. We confirmed the possibility of improving cycle performance of LNMO based thin-film battery. We expect that the results of this study can extend the battery lifespan of small devices using LNMO based all-solid-state thin-film battery.
The preparation and electrical properties of LIPON electrolyte were investigated in order to fabricate all solid state thin film battery. The LIPON thin film was deposited by r.f. sputtering of Li$_3$PO$_4$ target in O$_2$-N$_2$ mixtures. The LIPON deposited at N$_2$+10% O$_2$ ratio had a conductivity at 25 $^{\circ}C$ of 1.8${\times}$10$\^$-6/S/cm. The ion conductivity of the LIPON films decreased as the O$_2$ content of the process gas increased.
In this study, Tin oxide thin film for secondary battery was deposited on Pt/Ti/Si(100). It was fabricated by r.f. reactive sputtering with Tin metal target. At constant power (130W), pressure (Base 5$\times$10$^{-6}$ Torr, working 5$\times$10$^{-3}$ Torr) and at room temperature, it was fabricated by Ar/O2 gas ratio. After deposition, we got AFM & SEM to investigated surface of thin films and had XRD to find crystalline of thin films. Charge/discharge characteristics were carried out in 1M LiPF$_{6}$ , EC:DMC = 1:1 liquid electrolyte using lithium metal at room temperature.
양극 물질로 산화바나듐 박막, 고체전해질로는 LiPON 박막 그리고 음극 물질로는 리튬 금속 박막을 선택하여 $Li/LiPON/V_2O_5/Pt$ 구조의 전고상 박막 전지를 제작하였고 전지 특성을 평가하였다. 산화바나듐 박막은 여러 산소 분압에서 직류 반응성 스퍼터링으로 증착하여 전기화학적 특성을 분석한 결과 $20\%\;O_2/Ar$비에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 직류 반응성 스퍼터링에 의해 산화바나듐 박막을 제작한 후 진공을 그대로 유지한 상태에서 r.f. 반응성 스퍼터링에 의해 LiPON 고체전해질 박막을 증착하였다. 그 후 dry room내에서 진공 열증착법에 의해 리튬 금속 박막을 증착하여 전고상의 박막 전지를 제작하였다. $Li/LiPON/V_2O_5$ 박막 전지를 전압 범위와 전류 밀도를 변화시켜 충방전 시험을 행한 결과 $7{\mu}A/cm^2$의 전류 밀도와 3.6-2.7 V의 전압범위에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. $Li/LiPON/V_2O_5$박막 전지로 초시계를 구동 시켰으며 이는 in-situ공정에 의해 제작된 박막 전지가 소자 에너지원으로의 응용 가능성을 보여 주었다.
Powder compaction technology is widely used to prepare thermal battery components. This method, however, is limited by the size, thickness, and geometry of the battery components. This limitation leads to excessive cell capacity, overweight, and higher cost of the pellets, which decreases the specific capacities and delays the activation time of thermal batteries. $FeS_2$ thin-film cathodes were fabricated by tape-casting technology and analyzed by SEM and EDS in this paper. The residual organic binder of the $FeS_2$ thin-film cathodes decreased with the temperature of the heat treatment, which improved the specific capacity because of the lower resistance. Specific capacities of the $FeS_2$ thin-film cathodes decreased because of the higher residual binder and the restrictive reaction of active materials with molten salts as the thickness increased. $FeS_2$ thin-film cathodes showed much higher specific capacity (1,212.2 As/g) than pellet cathodes (860.7 As/g) at the optimal heat-treatment temperature ($230^{\circ}C$).
The amorphous vanadium oxide thin films for thin-film rechargeable lithium batteries were fabricated by r.f. reactive sputtering at room temperature. As the experimental parameter, oxygen partial pressure was varied during sputtering. At high oxygen partial pressures(>30%), the as-deposited films, constant current charge/discharge characteristics were carried out in 1M $LiPF_6$, EC:DMC+1:1 liquid electrolyte using lithium metal as anode. The specific capacity of amorphous $V_2O_5$ after 200cycles of operation at room temperature was higher compared to crystalline $V_2O_5$. The amorphous vanadium oxide thin film and crystalline film showed about 60$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$ and about 38$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$, respectively. These results suggest that the battery capacity of the thin film vanadium oxide cathode strongly depends on the crystallinity.
Transparent olivine $LiNiPO_4$ thin films on sapphire substrates were fabricated by radio frequency (RF) magnetron sputtering. The X-ray diffraction patterns show these thin films have the phase of $LiNiPO_4$ with an ordered olivine structure indexed to the orthorhombic Pmna space group. $LiNiPO_4$ thin films deposited on sapphire substrates exhibit transmittance of about 83 %. It was confirmed that the $LiNiPO_4$ thin film exhibits a high potential of 5 V-class.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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