分析锂离子电池的表面

为了支持便携式电子设备（例如平板电脑和智能手机）的广泛采用，需要开发较小，更高效的储能材料。欧洲杯足球竞彩1973年，最初提出了使用锂离子电池的概念，⁺离子充当电荷载体，在使用过程中向正电极移动，然后在充电过程中更改方向。自1991年这项技术商业化以来，它已取代了Hydride作为用于消费电子应用的电池材料。最近，李离子电池被用作较大车辆和航空航天应用的铅酸电池的替代方法。

经典的锂离子电池基于液体电解质，但已为使用固态薄膜作为替代液体电解质而采取了重大发展。由于它们的平均输出电压更高，循环寿命更长，重量较轻，因此较高的能量密度，薄膜锂离子电池比典型的液体电解质电池提供了更好的性能。要构建薄膜电池，所有电池组件，包括阳极，阴极，电流铅和实心电解质，都需要制成多层薄膜。固态微气末由于易于制备，循环耐用性和低电子电导率而广泛使用磷氧硝酸锂（Lipon）。尽管Lipon被广泛使用，但关于LI迁移率和氮键的知之甚少。

本文讨论了使用XPS和溅射深度分析的常规表面分析技术通过原子层沉积（ALD）形成的Lipon膜的散装和表面化学研究。XPS提供了有关近表面区域元素组成的定量数据，深度小于10 nm。然后，研究了元素组成作为深度的函数，然后将传统的单变性深度分析的结果与簇深度分析的结果进行比较。

实验

这轴光电子光谱仪配备有气体簇离子源（GCIS）进行所有测量。使用20 kV AR1000+，对于这些实验，GCIS以独特的高能量群集模式运行。深度分析是在实用的时间范围内使用高能簇离子进行的。通过在整个轮廓中使用样品旋转来减少层混合和溅射粗糙的影响。ALD方法用于使用LI前体和N2等离子体产生Lipon薄膜¹。以前，通过光学椭圆法分析了Lipon膜，厚度约为50 nm。

结果与讨论

引入分析室后，从收到的样本中获取了调查谱。通过调查谱分析证实了成分元素的存在。分析还显示了大量碳，这可能是由于空气暴露中存在吸附物种。进行了深度分析以研究整个电影的LI分布。图2使用4 kV AR比较了传统的单原子深度分析⁺离子和20 kV ar的同一样品₁₀₀₀⁺离子。

图1。使用（a）5 kV ar的50 nm lipon薄膜的深度轮廓⁺（b）20 kV ar₁₀₀₀⁺。

使用簇模式蚀刻速率> 4 nm/分钟，将两个深度曲线作为隔夜实验进行。在两个曲线之间可以观察到明显的差异。在单原性轰击下，由于去除表面污染而导致第一次蚀刻周期后，LI浓度最初升高，然后在大部分薄膜中降低，达到稳态约为25.5原子％。在与Si底物的Lipon界面附近，LI浓度显着增加，最大达到44％。

图2。单元（黑色）和簇轮廓（红色）之间的液化浓度比较。

相反，当与20 kV AR分类时，观察到不同的LI分布₁₀₀₀⁺离子。第一次蚀刻后，LI浓度最初升高，但在达到31％的稳态后未观察到LI浓度的降低。与单变性谱相比，这意味着在整个薄膜深度上增加了22％LI。有趣的是，在与Si底物的界面上未观察到LI的积累。图3显示了使用两种不同离子进行了LI浓度的比较。

图3。离子作用对光元件的示意图。

早些时候，美元AR⁺眼镜的轰击表现出低于预期的光元素浓度，例如钠²由于植入的AR中近表面区域的正电荷积累⁺离子。表面上的小型移动正离子被电荷积聚到大块中进一步排斥，从而导致表面定量的低估。在此处分析的Lipon薄膜提出了相同的拒绝和批量迁移的机制。LI迁移发生在单变性分析下，导致LI浓度低估。排斥的散装迁移在与SI底物的界面处的LI浓度的增加中也起着作用。光离子在界面上积聚，因为它们无法穿透到天然硅氧化物中。重要的是要注意，由于其设计，该系统特别容易受到此过程的影响。⁺Lipon中的离子是充电转移过程的移动性。

结论

已经显示出有关产生Lipon薄膜组成的定量信息通过可以使用XPS和深度分析技术的组合获得ALD。已经证明了美元AR⁺离子不适合用于分析具有移动元素的材料，因为正电荷的积累可能会导致迁移，这反过来又导致了不欧洲杯足球竞彩正确的化学计量。总之，使用高能量AR_n⁺簇进行深度分析，这类材料对于减轻离子迁移的影响并获得对结果的有效性的信心至关重要。欧洲杯足球竞彩

致谢

非常感谢Gary Rubloff教授的研究小组，尤其是马里兰大学的Alex Pearse。

参考和进一步阅读

1. A. Kozen，A。Pearse，G。Rubloff，C-F Lin，M。Noked，Chem。Mater。，2015，27，5324–5331
2. Y. Yamamoto，K。Yamamoto，J。Non。哭。Sol。，2015，356，14

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