Abstract LiCoO2 thin film cathodes have been well established in Li-ion rechargeable batteries, however, its useful capacity hardly exceeds 50% of the theoretical value. Irreversible structural changes will occur upon exchange of Li ions i.e. >0.5 per unit formula limit, during intercalation/deintercalation reactions. Reportedly, lattice doping phenomenon has noticed an improvement in cyclability of LiCoO2. In this work, the influence of Zr doping on microstructural and electrochemical properties of RF magnetron sputtered LiCoO2 thin film cathodes have been presented. A series of LiZrxCo1−xO2 thin films have been deposited on Au/Ti/SiO2/Si (100) substrates using a Zr–LiCoO2 mosaic target. All the films were deposited at optimized processing conditions. XRD and Raman spectroscopy measurements confirmed the hexagonal layered structure with R 3 ¯ m symmetry for Zr doped LiCoO2 film cathodes. The AFM reveals the estimated average grain size is around 50 nm. The cyclic voltammetry studies for these cathodes exhibit narrow potential peak separation of 24 mV and resulting highest diffusion coefficient ( D ¯ Li) of about 1.8 × 10−11 cm2 s−1, respectively. These films exhibited a highest initial discharge capacity of 64.4 μA h cm−2 μm−1 with a capacity retention of 98.5% even after 25 cycles. In non-aqueous region, the cell exhibited an initial discharge capacity of about 65 μA h cm−2 μm−1 with good cycling stability even after 80 cycles, and is observed to be the more promising cathode candidate than the pristine LiCoO2 films.

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Zr掺杂剂对射频溅射LiCoO2薄膜阴极微观结构和电化学性能的影响

摘要 LiCoO2 薄膜正极已在锂离子充电电池中得到广泛应用，但其有效容量几乎不超过理论值的 50%。在嵌入/脱嵌反应过程中，锂离子交换时会发生不可逆的结构变化，即每单位分子式限制 >0.5。据报道，晶格掺杂现象已经注意到 LiCoO2 循环性能的改善。在这项工作中，已经介绍了 Zr 掺杂对射频磁控溅射 LiCoO2 薄膜阴极的微观结构和电化学性能的影响。一系列 LiZrxCo1-xO2 薄膜已使用 Zr-LiCoO2 镶嵌靶沉积在 Au/Ti/SiO2/Si (100) 衬底上。所有薄膜都是在优化的加工条件下沉积的。XRD 和拉曼光谱测量证实了Zr 掺杂的LiCoO2 薄膜阴极具有R 3 ¯ m 对称性的六边形层状结构。AFM 显示估计的平均晶粒尺寸约为 50 nm。这些阴极的循环伏安法研究显示出 24 mV 的窄电位峰分离和产生的最高扩散系数 (D¯ Li) 分别约为 1.8 × 10−11 cm2 s−1。这些薄膜表现出最高的初始放电容量为 64.4 μA h cm-2 μm-1，即使在 25 次循环后容量保持率为 98.5%。在非水区，电池表现出约 65 μA h cm-2 μm-1 的初始放电容量，即使在 80 次循环后仍具有良好的循环稳定性，并且被观察到是比原始 LiCoO2 薄膜更有前途的阴极候选者。AFM 显示估计的平均晶粒尺寸约为 50 nm。这些阴极的循环伏安法研究显示出 24 mV 的窄电位峰分离和产生的最高扩散系数 (D¯ Li) 分别约为 1.8 × 10−11 cm2 s−1。这些薄膜表现出最高的初始放电容量为 64.4 μA h cm-2 μm-1，即使在 25 次循环后容量保持率为 98.5%。在非水区，电池表现出约 65 μA h cm-2 μm-1 的初始放电容量，即使在 80 次循环后仍具有良好的循环稳定性，并且被观察到是比原始 LiCoO2 薄膜更有前途的阴极候选者。AFM 显示估计的平均晶粒尺寸约为 50 nm。这些阴极的循环伏安法研究显示出 24 mV 的窄电位峰分离和产生的最高扩散系数 (D¯ Li) 分别约为 1.8 × 10−11 cm2 s−1。这些薄膜表现出最高的初始放电容量为 64.4 μA h cm-2 μm-1，即使在 25 次循环后容量保持率为 98.5%。在非水区，电池表现出约 65 μA h cm-2 μm-1 的初始放电容量，即使在 80 次循环后仍具有良好的循环稳定性，并且被观察到是比原始 LiCoO2 薄膜更有前途的阴极候选者。分别。这些薄膜表现出最高的初始放电容量为 64.4 μA h cm-2 μm-1，即使在 25 次循环后容量保持率为 98.5%。在非水区，电池表现出约 65 μA h cm-2 μm-1 的初始放电容量，即使在 80 次循环后仍具有良好的循环稳定性，并且被观察到是比原始 LiCoO2 薄膜更有前途的阴极候选者。分别。这些薄膜表现出最高的初始放电容量为 64.4 μA h cm-2 μm-1，即使在 25 次循环后容量保持率为 98.5%。在非水区，电池表现出约 65 μA h cm-2 μm-1 的初始放电容量，即使在 80 次循环后仍具有良好的循环稳定性，并且被观察到是比原始 LiCoO2 薄膜更有前途的阴极候选者。