彼得大帝圣彼得堡理工大學(SPbPU)的研究人員開發(fā)了一種新的方法來確定固態(tài)鋰離子電池的最佳電極材料組成。這項研究的結果發(fā)表在第一份四分之一期刊《納米材料》上，獲得俄羅斯科學基金會的項目支持。

科學家們在微電子學的發(fā)展上邁出了新的一步

傳感器和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備等微型設備的開發(fā)需要建立具有高能量密度的小型復雜電源。專家表示，傳統(tǒng)的鋰離子電池生產(chǎn)技術已經(jīng)達到了極限。在要求的納米和微米尺寸內，很難進一步減小功率源的尺寸和控制其形狀。與此同時，原子層沉積等微納電子技術可以幫助生產(chǎn)高比能的微型固態(tài)鋰離子電池。

圣彼得堡理工大學的研究小組研究了鋰離子電池電極的新型納米材料，開發(fā)了一種測定“鎳鈷氧化物”體系各組分的電化學容量的方法。過渡金屬氧化物具有容量大、成本相對較低的特點，是鋰離子電池發(fā)展所需要的。在研究中，用原子層沉積(ALD)獲得的薄膜作為陽極材料，并顯示了在高電流密度下的高電荷容量。

通過鎳和鈷茂金屬與氧等離子體結合使用原子層沉積（ALD）獲得的Ni-Co-O（NCO）薄膜的研究。通過ALD循環(huán)提供了具有不同Ni和Co比率的NCO膜的形成，從而導致在一個超循環(huán)（a和b循環(huán)的線性組合）中形成氧化鎳（a）和氧化鈷（b）。

膜厚度由超級循環(huán)數(shù)設定。合成的薄膜在整個深度范圍內具有均勻的化學組成，并且金屬鎳和碳的混合物含量最高為4at。％。所有樣品的特征是具有一個面心立方立方且密度均勻的單一NixCo1-xO相。

在本文中，我們提出了一種處理循環(huán)伏安曲線的方法，以揭示單個組分（氧化鎳，氧化鈷和固體電解質界面—SEI）對電化學容量的影響。NCO薄膜的初始容量隨氧化鎳含量的增加而增加。NCO膜的表面均勻，很少夾雜直徑為15–30nm的納米顆粒。鋼上所有膜的生長速率均高于硅基底上的生長速率，并且這種差異隨著膜中鈷濃度的增加而增加。

我們獲得了從鎳氧化物到鈷氧化物的廣泛成分的鎳鈷氧化物材料，并提出了一種方法來確定充電/放電過程中每個電化學活性成分的容量貢獻。這種多用途技術可以用來確定鋰離子電池的最佳材料組成，材料物理與技術高中，機械工程，材料和運輸研究所的馬克西莫夫博士說。

在未來，科學家們計劃利用他們的發(fā)展來創(chuàng)造改進的陰極和固體電解質，以生產(chǎn)薄膜固態(tài)鋰離子電池的原型。