研究人员开发确定电化学容量的方案 微电子学的发展上迈出了新的一步

彼得大帝圣彼得堡理工大学(SPbPU)的研究人员开发了一种新的方法来确定固态锂离子电池的最佳电极材料组成。这项研究的结果发表在第一份四分之一期刊《纳米材料》上，获得俄罗斯科学基金会的项目支持。

科学家们在微电子学的发展上迈出了新的一步

传感器和物联网(IoT)设备等微型设备的开发需要建立具有高能量密度的小型复杂电源。专家表示，传统的锂离子电池生产技术已经达到了极限。在要求的纳米和微米尺寸内，很难进一步减小功率源的尺寸和控制其形状。与此同时，原子层沉积等微纳电子技术可以帮助生产高比能的微型固态锂离子电池。

圣彼得堡理工大学的研究小组研究了锂离子电池电极的新型纳米材料，开发了一种测定“镍钴氧化物”体系各组分的电化学容量的方法。过渡金属氧化物具有容量大、成本相对较低的特点，是锂离子电池发展所需要的。在研究中，用原子层沉积(ALD)获得的薄膜作为阳极材料，并显示了在高电流密度下的高电荷容量。

通过镍和钴茂金属与氧等离子体结合使用原子层沉积（ALD）获得的Ni-Co-O（NCO）薄膜的研究。通过ALD循环提供了具有不同Ni和Co比率的NCO膜的形成，从而导致在一个超循环（a和b循环的线性组合）中形成氧化镍（a）和氧化钴（b）。

膜厚度由超级循环数设定。合成的薄膜在整个深度范围内具有均匀的化学组成，并且金属镍和碳的混合物含量最高为4at。％。所有样品的特征是具有一个面心立方立方且密度均匀的单一NixCo1-xO相。

在本文中，我们提出了一种处理循环伏安曲线的方法，以揭示单个组分（氧化镍，氧化钴和固体电解质界面—SEI）对电化学容量的影响。NCO薄膜的初始容量随氧化镍含量的增加而增加。NCO膜的表面均匀，很少夹杂直径为15–30nm的纳米颗粒。钢上所有膜的生长速率均高于硅基底上的生长速率，并且这种差异随着膜中钴浓度的增加而增加。

我们获得了从镍氧化物到钴氧化物的广泛成分的镍钴氧化物材料，并提出了一种方法来确定充电/放电过程中每个电化学活性成分的容量贡献。这种多用途技术可以用来确定锂离子电池的最佳材料组成，材料物理与技术高中，机械工程，材料和运输研究所的马克西莫夫博士说。

在未来，科学家们计划利用他们的发展来创造改进的阴极和固体电解质，以生产薄膜固态锂离子电池的原型。