[发明专利]用于制备无定形含锂化合物的气相沉积法

说明书

本发明涉及一种用于制备无定形含锂化合物的气相沉积法。用于制备不含磷的无定形含锂氧化物或氧氮化物化合物的气相沉积法包括：提供该化合物的每一组成元素的蒸气源，该蒸气源包括至少锂源、氧源、氧氮化物化合物的情况下的氮源、和一个或多个玻璃形成元素源；将基材加热到基本上180℃或更高；和从该蒸气源将该组成元素共沉积到该加热的基材上，其中该组成元素在该基材上反应以形成该无定形化合物。

本申请是申请日为2015年1月7日，题为“用于制备无定形含锂化合物的气相沉积法”的中国专利申请201580004001.6的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于通过气相沉积制备无定形含锂化合物，特别是氧化物和氧氮化物的方法。

背景技术

由于薄膜的许多用途，因此薄膜形式的材料的沉积受到极大关注，并且已知一些不同的沉积技术。各种技术或多或少适合具体的材料，并且生产的薄膜的品质、组成和性能典型地在很大程度上取决于用于其形成的方法。因此，大量的研究致力于开发能够生产适于特定用途的薄膜的沉积方法。

薄膜材料的重要用途为固态薄膜电池(cell)或蓄电池(battery)，例如锂离子电池。这样的电池由至少三个部件组成。两个活性电极(阳极和阴极)被电解质分离。将这些部件的每一形成为薄膜，将其依次沉积在支承基材上。也可设置附加的部件例如集流体、界面改性层和封装层。制造中，可以以例如阴极集流体、阴极、电解质、阳极、阳极集流体和封装层的顺序沉积这些部件。

在锂离子实例中，阳极和阴极能够可逆地存储锂。阳极和阴极材料的其他要求为高重量和体积储存容量，其能够由材料的低质量和体积实现，同时每单位存储的锂离子数应尽可能高。该材料也应显示可接受的电子和离子传导性以致离子和电子能够在蓄电池充电和放电过程期间移动经过电极。

否则，阳极、阴极和电解质需要不同的性质。阴极应在高电位下提供可逆的锂插层，而阳极应在低电位下提供可逆的锂插层。

电解质将阳极和阴极物理地分离，因此其必须具有极低的电导率以防止电池的短路。但是，为了能够具有合理的充电和放电性能，该材料的离子电导率必须尽可能高。而且，该材料必须在循环过程期间稳定并且不与阴极或阳极反应。

固态蓄电池开发中的重要的挑战一直是将固体电解质与足够高的离子电导率、低的电子电导率、由所需的电化学循环引起的低机械应力和可再现的高产率生产方法联系在一起。

晶态和非晶性(无定形)材料已被视为电解质。晶态材料例如钛酸锂镧(LLTO)、thio-LISICON、NASICON型(Li_1+x+yAl_x(Ti,Ge)_2-xSi_yP_3-yO₁₂)和Li₁₀GeP₂S₁₂通常显示优异的离子电导率(例如至多1.2×10^-2S cm^-1，在Li₁₀GeP₂S₁₂的情况下)，因此似乎成为电解质的良好的候选者。但是，应用于电池系统时，这些材料提出问题。在氧化物(LLTO、thio-LISICON和NASICON型)的情况下，电解质内的过渡金属倾向于还原，这导致该材料显示电子电导率并因此使蓄电池短路。硫化物系统例如Li₁₀GeP₂S₁₂提供极高的电导率，但当暴露于空气和水时倾向于分解，引起有毒的H₂S的释放和性能的劣化。而且，氧化物和硫化物晶态电解质两者需要极高的加工温度。由于这些原因，晶态电解质尚未在商业薄膜蓄电池系统中被使用。