退火温度对氧化镍(NiO)薄膜的影响(2)

3、退火温度对氧化镍(NiO)薄膜组成的影响

          为考察薄膜的化学组成，对不同退火温度下Si 基片上的NiO 薄膜进行能谱分析，结果见表1。可以看出，Ni：O大致为1：1，这接近NiO的理论值，表明薄膜可能由NiO粒子构成。值得注意的是，从500℃到700℃薄膜中氧的含量随着退火温度的升高而逐渐增大，这可能是在低温退火时，沉积在基片上的无定形Ni 没有完全被氧化，随着退火温度的升高，Ni 的氧化程度增加所致。同时，部分Si 也可能被氧化，从而导致氧含量增加。

表1 不同退火温度下，Si 基片上沉积薄膜的Ni、O含量

4、电化学性能初步研究

          通过上述分析，500℃退火的NiO 薄膜形貌、组成和结构均较好。采用该温度下的薄膜在氩气氛保护的手套箱中装配成电池；其中NiO薄膜为工作电极，高纯锂片为对电极，电解液LiPF6/EC+DMC (w/w=1/1)；500℃退火NiO薄膜的恒流充放电曲线如图3 所示，截止电压0.01~3.0V，电流密度40μA/cm2。

图3 500℃退火2h制得NiO薄膜的充放电曲线

           可以看出，首次放电过程中，在0.2~0.3V范围内有一较大的电压平台， 且在第一次循环后，容量损失较大。显然，此过程是一不可逆反应，其反应机理目前尚无定论，有待进一步研究。

         从第二次循环开始曲线的重合性很好，表明电池容量衰减很慢，具有良好的电化学循环稳定性。人们研究发现NiO 的储锂机理与传统的锂嵌入脱锂或形成锂合金机理均不一样。在锂嵌入过程中，Li与NiO发生还原反应， 生成Li2O和Ni；在脱锂过程中，Li2O 与Ni 能够再生成Li 和NiO，该过程如(1)所示：

Li + NiO=Li2O+Ni (1)

       (1) 采用直流溅射并结合热处理工艺在400～500℃退火温度下制备了表面光滑、结构致密、无微孔和裂缝的纳米晶NiO 薄膜；

       (2) 随着退火温度的升高，薄膜的晶粒尺寸增大，晶粒大小约10~60nm；

       (3) 500℃退火条件下制得的NiO 薄膜组成和结构较好，具有良好的电化学循环稳定性，有望成为高性能的全固态薄膜锂电池阳极材料。