Исследование процессов внедрения и экстракции лития в тонкопленочном литий-ионном аккумуляторе методом резерфордовского обратного рассеяния

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлены результаты исследования распределения лития в твердотельном тонкопленочном литий ионном аккумуляторе методом резерфордовского обратного рассеяния (РОР). Для анализа использовались ионы He+ с энергией 1.8 МэВ, рассеянные на угол 165° при условии падения по нормали к поверхности. По величине потерь энергии рассеянных ионов определена концентрация ионов Li в аккумуляторных слоях в заряженном и разряженном состоянии. Показано, что значения концентрации Li, полученные методом РОР и методом гальваностатических измерений совпадают при условии, что удельное сечение торможения на литии εLi в анодном слое в два раза меньше по сравнению с простым веществом.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Курбатов

Российский университет дружбы народов

Автор, ответственный за переписку.
Email: kurbatov-93@bk.ru
Москва, 117198

Н. C. Мелесов

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150067

Е. О. Паршин

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150067

А. С. Рудый

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150067

А. А. Мироненко

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150003

В. В. Наумов

Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150003

А. М. Скундин

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Москва, 119071

В. И. Бачурин

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Email: melesovns@mail.ru
Россия, Ярославль, 150067

Список литературы

  1. Cras F.L., Pecquenard B., Dubois V., Phan V.P., Guy‐Bouyssou D. // Adv. Energy Mater. 2015. V. five. №19. P. 1501061. https://doi.org/10.1002/aenm.201501061
  2. Iida S.I., Terashima M., Mamiya K., Chang H.Y., Sasaki S., Ono A., Kimoto T., Miyayama T. // Journal of Vacuum Science & Technology B. 2021. V. 39. № 4. https://doi.org/10.1116/6.0001044
  3. Jeong E., Hong C., Tak Y., Nam S.C., Cho S. // Journal of power sources. 2006. V. 159. №1. P. 223. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.04.042
  4. Uhart A., Ledeuil J.B., Pecquenard B., Le Cras F., Proust M., Martinez H. // ACS applied materials & interfaces. 2017. V. 9. № 38. P. 33238. https://doi.org/10.1021/acsami.7b07270
  5. Masuda H., Ishida N., Ogata Y., Ito D., Fujita D. // Journal of Power Sources. 2018. V. 400. P. 527. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.08.040
  6. Yamamoto K., Iriyama Y., Asaka T., Hirayama T., Fujita H., Nonaka K., Miyahara K., Sugita Y., Ogumi Z. // Electrochemistry communications. 2012. V. 20. P. 113.
  7. Oukassi S., Bazin A., Secouard C., Chevalier I., Poncet S., Poulet S., Boissel J-M., Geffraye F., Brun J., Salot R. // 2019 IEEE IEDM. 2019. P. 26.1.1–26.1.4. https://doi.org/10.1109/IEDM19573.2019.8993483
  8. Wang Z., Santhanagopalan D., Zhang W., Wang F., Xin H.L. He, K., Li J., Dudney N.J., Meng Y.S. // Nano letters. 2016. V. 16. № 6. P. 3760–3767. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b01119
  9. Matsuda Y., Kuwata N., Okawa T., Dorai A., Kamishima O., Kawamura J. // Solid State Ionics. 2019. V. 335. P. 7–14. https://doi.org/10.1016/j.ssi.2019.02.010
  10. Inaba M., Iriyama Y., Ogumi Z., Todzuka Y., Tasaka A. // Journal of Raman spectroscopy. 1997. V. 28. № 8. P. 613–617. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097–4555(199708)28:8<613::AID-JRS138>3.0.CO;2-T
  11. Chen C., Jiang M., Zhou T., Raijmakers L., Vezhlev E., Wu B., Schülli T.U., Danilov D.L., Wei Y., Eichel R-A., Notten P.H. // Adv. Energy Mater. 2021. V. 11. № 13. P. 2003939. https://doi.org/10.1002/aenm.202003939
  12. Tsuchiya B., Morita K., Nagata S., Kato T., Iriyama Y., Tsuchida H., Majima T. // Surface and Interface Analysis. 2014. V. 46. № 12–13. P. 1187–1191. https://doi.org/10.1002/sia.5620
  13. Oudenhoven J.F. M., Labohm F., Mulder M., Niessen R.A. H., Mulder F.M., Notten P. // Advanced Materials. 2011. V. 35. № 23. P. 4103–4106. https://doi.org/10.1002/adma.201101819
  14. Mathayan V., Morita K., Tsuchiya B., Ye R., Baba M., Primetzhofer D. // Materials Today Energy. 2021. V. 21. P. 100844. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100844
  15. Wang B., Bates J.B., Hart F.X., Sales B.C., Zuhr R.A., Robertson J.D. // J. Electrochem. Soc. 1996. V. 143. № 10. P. 3203. https://doi.org/10.1149/1.1837188
  16. Lee S.J., Baik H.K., Lee S.M. // Electrochemistry Communications. 2003. V. 5. № 1. P. 32–35. https://doi.org/10.1016/S1388–2481(02)00528–3
  17. Fujibayashi T., Kubota Y., Iwabuchi K., Yoshii N. // AIP Advances. 2017. V. 7. № 8. https://doi.org/10.1063/1.4999915
  18. Рудый А.С., Мироненко А.А., Наумов В.В., Федоров И.С., Скундин А.М., Торцева Ю.С. // Микроэлектроника. 2021. Т. 50. № 5. С. 370–375. https://doi.org/10.31857/S0544126921050057
  19. Mayer M. SIMNRA User’s Guide. Germany: Max-Planck Institut fur Plasmaphysik, 2011. 220 p
  20. Альвиев Х.Х. // Электрохимическая энергетика. 2013. Т. 13. № 4. С. 225–227.
  21. Востриков В.Г., Каменских А.И., Ткаченко Н.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 1. С. 28–35. https://doi.org/10.31857/S1028096020010203
  22. Беспалова О.В., Борисов A.M., Востриков В.Г., Куликаускас В.С., Малюков Е.Е., Моломин В.И., Потапенко Е.М., Романовский Е.А., Серков М.В. // Известия РАН. Серия физическая. 2008. Т. 72. № 7. С. 1028–1030.
  23. Борисов А.М., Виргильев Ю.С., Дьячковский А.П., Машкова Е.С., Немов A.С., Сорокин А.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2006. № 4. С. 9–13.
  24. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.
  25. Kurbatov S.V., Rudy A.S., Naumov V.V., Mironenko A.A., O.V. Savenko O.V., Smirnova M.A., Mazaletskiy L.A., Pukhov D.E. // Russian Microelectronics. 2024. V. 53. № 3. P. 202–216. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063739724600250
  26. Chu W.K. Backscattering spectrometry. Academic Press, 1978. 384 p.
  27. Ziegler J.F., Manoyan J.M. The stopping of ions in compounds // Nuclear Inst. and Methods in Physics Research. B. 1988. V. 35. № 3–4. P. 215–228. https://doi.org/10.1016/0168–583X(88)90273-X

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — Фотография образца ТТЛИА с обозначениями слоев, (б) — образец на столике анализатора РОР: 1 — нижний титановый токоотвод, 2 — граница слоев LiPON/LiCoO2, 3 — открытая часть слоя Si@O@Al, 4 — верхний титановый токоотвод.

Скачать (295KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема рассеяния нормально падающего пучка He+ на ТТЛИА.

Скачать (78KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Заряд-разрядные кривые ТТЛИА со структурой Ti/Si@O@Al(анод)LiPON(электролит)/LiCoO2(катод)/Ti: (а) — ток 8 мкА, потенциальное окно 1.5–3.8 В, (б) — ток 4 мкА, потенциальное окно 1.5–3.8 В. (1 — заряд аккумулятора, 2 — разряд).

Скачать (200KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РЭМ-изображение поперечного скола ТТЛИА.

Скачать (387KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Спектры резерфордовского обратного рассеяния ТТЛИА в заряженном (кривая 1 на рисунке) и разряженном (кривая 2 на рисунке) состояниях; (а) — ток заряда-разряда 8 мкА, (б) — ток 4 мкА. Начальная энергии зондирующих ионов He+ 1.8 МэВ, доза облучения D = 10 мкКл, ширина канала — 2.2376 кэВ.

Скачать (382KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Сравнение экспериментальных спектров (кривая — 1) с результатами моделирования в программе SIMNRA (рис. 2): (а) — в разряженном состоянии, ток 8 мкА, (б) — в заряженном состоянии, ток 8 мкА, (в) — в разряженным состоянии, ток 4 мкА и (г) — в заряженном состоянии, ток 4 мкА. Ширина канала 2.2376 кэВ, смещение нуля 26 кэВ.

Скачать (504KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2024