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https://hdl.handle.net/1822/47229
Título: | Baterias de lítio em filme fino: fabrico e caracterização de LiCoO2 para utilização no cátodo |
Autor(es): | Rua, João Luís dos Santos Heleno da |
Orientador(es): | Gonçalves, L. M. |
Palavras-chave: | Baterias de lítio de filme fino Substrato flexível LiCoO2 HT-LiCoO2 Germânio Laser annealing Thin-film lithium batteries Flexible substrate LiCoO2 Germanium Laser annealing |
Data: | 2015 |
Resumo(s): | Esta dissertação inclui a deposição e caracterização do Óxido de Lítio Cobalto
(LiCoO2) para utilização como cátodo de uma bateria de lítio em filme fino recarregável
e flexível. Atualmente, a maior desvantagem desta tecnologia de baterias é a capacidade
reduzida. Com este trabalho pretende-se investigar processos de melhoria da capacidade
e durabilidade das baterias de lítio em filme fino, passando pelo aumento dos números de
ciclos de cargas/ descargas que as baterias conseguem realizar até à sua degradação. Um
desses processos consiste na tentativa de obter filmes de LiCoO2 com uma determinada
orientação estrutural a temperatura reduzida (~400 ºC), temperatura esta compatível com
o substrato flexível de Kapton® utilizado. Para isso recorreu-se, a dois tipos de tratamento
térmico: recozimento dos filmes de LiCoO2 num forno convencional e recozimentos dos
mesmos por via laser.
Outro processo consiste na tentativa de aumentar a área de contacto entre os vários
filmes constituintes de uma bateria (sem aumentar as dimensões da bateria), através da
incidência do feixe laser num substrato de Kapton®.
Para além disto, o ânodo de lítio foi substituído pelo ânodo de germânio que possui
uma elevada capacidade gravimétrica (1384 mAh/g) [1], uma elevada difusão de iões de
lítio, alta capacidade de inserção/extração de iões de lítio e consegue suportar elevadas
taxas de carga/descarga, conduzindo a um melhor desempenho na ciclagem da bateria.
A bateria a fabricar será constituída por um substrato de Kapton® 500HN; uma
camada de Si3N4, um filme fino de LiCoO2 como cátodo e um filme de LiPON como
eletrólito depositados por RF sputtering. O ânodo, inicialmente, foi um filme fino de lítio
depositado por evaporação térmica e posteriormente utilizou-se germânio depositado por
e-beam. Os contactos são platina depositada por DC sputtering e titânio depositado por
e-beam. Para caracterização da bateria recorreu-se a análises de ciclos de carga/descarga
utilizando o potencióstato Gamry 600; AFM e microscopia ótica para o substrato de
Kapton®; espectroscopia Raman para os filmes de LiCoO2 com recozimento a laser e
análises num microscópio SEM para verificar a adesão dos filmes finos. This dissertation includes the deposition and carachterization of Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) as a cathode on a thin-film lithium-ion rechargeable battery in a flexible substrate. Nowadays, the biggest flaw in this battery technology is its low capacity. This work’s intention is to investigate new processes to improve the capacity and durability of thin-film lithium-ion batteries by increasing its cyclability untill its degradation.One of these processes consists in the attempt to obtain thin films of LiCoO2 with a certain structural orientation on a low temperature (~400 ºC), which is compatible with the Kapton® flexible substrate used.Two types of thermal treatments were used to achieve that: conventional furnace annealing and laser annealing. Another process consists in the attempt to increase the surface area between the many thin-film that form the battery (without increasing the battery’s dimensions), by using a laser to create patterns in the Kapton® substrate. Besides, the anode material (lithium metal) was replaced by germanium, which has a high gravimetric capacity (1384 mAh/g)[1], a high lithium ions difusion, high capacity of lithium ions insertion and extraction and is able to support high charging/discharging rates, which leads to a better performance in the battery’s ciclabillity. The fabricated battery had a Kapton® 500HN substrate; Si3N4, LiCoO2 (as cathode) and LiPON (as electrolyte) thin films deposited by RF sputtering. The anode, initialy, was a lithium thin film deposited by thermal vaporization, but later it was switched to germanium deposited by e-beam.The current collectors are: a Pt thin film deposited by DC sputtering (for the cathode) and a Ti thin film (for the anode) deposited by e-beam. As characterization it will be used the Gamry 600 potentiostate to cycle the battery; AFM and optical microscopy for the Kapton® substrate; Raman spectroscopy for the laser annealed LiCoO2 thin films and SEM analysis of the whole battery to analise the adhesion of the thin films. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/47229 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado DEI - Dissertações de mestrado |
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