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 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