• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제32권6호
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• pp.437-443
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• 2019

All-solid-state thin-film lithium-ion batteries are important in the development of next-generation energy storage devices with high energy density. However, thin-film batteries have many challenges in their manufacturing procedure. This is because there are many factors, such as substrate selection, to consider when producing the thin film multilayer structure. In this study, we compare the fabrication and performance of all-solid-state thin-film lithium-ion batteries with a $LiNi_{0.5}Mn_{1.5}O_4$ cathode/LiPON solid electrolyte/$Li_4Ti_5O_{12}$ anode structure using stainless steel and Si substrates with different surface roughness. We demonstrate that the smoother the surface of the substrate, the thinner the thickness of the all-solid-state thin-film lithium-ion battery that can be made, and as a result, the corresponding electrochemical characteristics can be improved.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.159-162
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• 1999

All solid state thin film micro-batteries consisting of lithium metal anode, an amorphous LiPON electrolyte and cathode of vanadium oxide have been fabricated and characterized, which were fabricated with cell structure of Li/LiPON/V$_2$O$\sub$5/Pt. The vanadium oxide thin films were formed by d.c. reactive sputtering on Pt current collector. After deposition of vanadium oxide films, in-situ growths of lithium phosphorus oxynitride film were conducted by r.f. sputtering of Li$_3$PO$_4$ target in mixture gas of N$_2$ and O$_2$. The pure metal lithium film was deposited by thermal evaporation on thin film LiPON electrolyte. The cell capacity was about 45${\mu}$Ah/$\textrm{cm}^2$ $\mu\textrm{m}$ after 200 cycle. No appreciable degradation of the cell capacity could be observed after 50 cycles .

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.409-409
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• 2011

All solid-state thin film lithium batteries have many applications in miniaturized devices because of lightweight, long-life, low self-discharge and high energy density. The research of cathode materials for thin film lithium batteries that provide high energy density at fast discharge rates is important to meet the demands for high-power applications. Among cathode materials, lithium manganese oxide materials as spinel-based compounds have been reported to possess specific advantages of high electrochemical potential, high abundant, low cost, and low toxicity. However, the lithium manganese oxide has problem of capacity fade which caused by dissolution of Mn ions during intercalation reaction and phase instability. For this problem, many studies on effect of various transition metals have been reported. In the preliminary study, the Sn-substituted LiMn2O4 thin films prepared by pulsed laser deposition have shown the improvement in discharge capacity and cycleability. In this study, the thin films of LiMn2O4 and LiSn0.0125Mn1.975O4 prepared by RF magnetron sputtering were studied with effect of deposition parameters on the phase, surface morphology and electrochemical property. And, all solid-state thin film batteries comprised of a lithium anode, lithium phosphorus oxy-nitride (LiPON) solid electrolyte and LiMn2O4-based cathode were fabricated, and the electrochemical property was investigated.

• 한국세라믹학회지
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• 제41권8호
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• pp.593-598
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• 2004

1 $\mu$m이하의 전고상 리튬 박막전지의 구현을 위해 펄스 레이저 증착법을 이용하여 Pt/TiO$_2$/SiO$_2$/Si 기판위에 LiCoO$_2$정극을 증착온도와 Li/Co 간의 몰 비율을 변화시켜가며 성장시켰다. 특히, Li/Co=1.2의 조성을 갖는 LiCoO$_2$를 50$0^{\circ}C$의 증착온도에서 성장시킬 경우 53 $\mu$Ah/$cm^2$-$\mu$m의 높은 초기 용량값을 가지며 100 싸이클 후에도 67.6%의 용량값을 유지하였다. LiCoO$_2$/Pt/TiO$_2$/SiO$_2$/Si위에 고체 전해질인 (Li, La)TiO$_3$를 비정질상으로 하여 PLD방법으로 낮은 온도대역에서 증착온도를 다양하게 하여 증착하였다. 10$0^{\circ}C$의 증착온도에서 LiCoO$_2$Pt/TiO$_2$/SiO$_2$/Si위에 성장시킨 (Li, La)TiO를 가지고 LiClO$_4$ in PC 안에서 Li anode와 충$.$방전 측정 결과 약 51$\mu$Ah/$cm^2$-$\mu$m의 초기 용량값을 나타내었으며 100싸이클 후에도 90%의 훌륭한 방전용량의 보존력을 나타내었다. 비정질상의 (Li, La)TiO$_3$ 고체 전해질은 전고상 박막전지로의 구현이 가능하다.

• 전기화학회지
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• 제3권2호
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• pp.115-120
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• 2000

양극 물질로 산화바나듐 박막, 고체전해질로는 LiPON 박막 그리고 음극 물질로는 리튬 금속 박막을 선택하여 $Li/LiPON/V_2O_5/Pt$ 구조의 전고상 박막 전지를 제작하였고 전지 특성을 평가하였다. 산화바나듐 박막은 여러 산소 분압에서 직류 반응성 스퍼터링으로 증착하여 전기화학적 특성을 분석한 결과 $20\%\;O_2/Ar$비에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. 직류 반응성 스퍼터링에 의해 산화바나듐 박막을 제작한 후 진공을 그대로 유지한 상태에서 r.f. 반응성 스퍼터링에 의해 LiPON 고체전해질 박막을 증착하였다. 그 후 dry room내에서 진공 열증착법에 의해 리튬 금속 박막을 증착하여 전고상의 박막 전지를 제작하였다. $Li/LiPON/V_2O_5$ 박막 전지를 전압 범위와 전류 밀도를 변화시켜 충방전 시험을 행한 결과 $7{\mu}A/cm^2$의 전류 밀도와 3.6-2.7 V의 전압범위에서 가장 우수한 가역 특성을 나타내었다. $Li/LiPON/V_2O_5$박막 전지로 초시계를 구동 시켰으며 이는 in-situ공정에 의해 제작된 박막 전지가 소자 에너지원으로의 응용 가능성을 보여 주었다.

• 한국세라믹학회:학술대회논문집
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• 한국세라믹학회 2004년도 춘계총회 및 연구발표회 초록집
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• pp.49.1-49.1
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• 2004

• 전기화학회지
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• 제8권4호
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• pp.181-185
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• 2005

알루미나 기판을 사용하여 백금 박막 전류 집전체상에 $2.9{\mu}m$ 두께 및 $4cm^2$의 전극면적을 갖는 $LiCoO_2$ 박막을 R.F. 마그네트론 스퍼터링법에 의해 증착하였으며, 아르곤 공정 압력 및 인가된 R.F. 전력량에 따른 Li/Co 몰 비 의존성에 대해 고찰하였다. 비정질계 고체전해질인 Lipon 및 Li 음극이 순차적으로 증착된 박막전지를 제조하여 정전류충, 방전 시험하였으며, 고율방전 특성 및 충, 방전 횟수에 따른 전지 용량 변화를 측정하였다. 교류임피던스를 통해 전지내부의 저항성분을 측정하였으며, 이에 대한 등가회로를 구성하여 시뮬레이션한 결과와 비교하였다.

• 한국재료학회지
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• 제31권11호
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• pp.614-618
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• 2021

As the size of market for electric vehicles and energy storage systems grows, the demand for lithium-ion batteries (LIBs) is increasing. Currently, commercial LIBs are fabricated with liquid electrolytes, which have some safety issues such as low chemical stability, which can cause ignition of fire. As a substitute for liquid electrolytes, solid electrolytes are now being extensively studied. However, solid electrolytes have disadvantages of low ionic conductivity and high resistance at interface between electrode and electrolyte. In this study, Li₇La₃Zr₂O₁₂ (LLZO), one of the best ion conducting materials among oxide based solid electrolytes, is fabricated through RF-sputtering and various electrochemical properties are analyzed. Moreover, the electrochemical properties of LLZO are found to significantly improve with co-sputtered Li₂O. An all-solid thin film battery is fabricated by introducing a thin film solid electrolyte and an Li₄Ti₅O₁₂ (LTO) cathode; resulting electrochemical properties are also analyzed. The LLZO/Li₂O (60W) sample shows a very good performance in ionic conductivity of 7.3×10^-8 S/cm, with improvement in c-rate and stable cycle performance.

• 한국표면공학회지
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• 제51권4호
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• pp.243-248
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• 2018

All solid state thin film batteries with two types of cell structure, Pt / $LiCoO_2$ / LiPON / Cu and Pt / $LiCoO_2$ / LiPON / $LiCoO_2$ / Cu, are prepared and their electrochemical performances are investigated to evaluate the effect of $LiCoO_2$ interlayer at the interface of LiPON / Cu. The crystallinity of the deposited $LiCoO_2$ thin films is confirmed by XRD and Raman analysis. The crystalline $LiCoO_2$ cathode thin film is obtained and $LiCoO_2$ as the interlayer appears to be amorphous. The surface morphology of Cu current collector after cycling of the batteries is observed by AFM. The presence of a 10 nm-thick layer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu enhances the interfacial adhesion and reduces the interfacial resistance. As a result, Li plating / stripping at the interface of LiPON / Cu during charge/discharge reaction takes place more uniformly on Cu current collector, while without the interlayer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu, the Li plating / stripping is localized on current collector. The thin film batteries with the interlayer of $LiCoO_2$ at the interface of LiPON / Cu exhibits enhanced initial coulombic efficiency, reversible capacity and cycling stability. The thickness of the anode current collector Cu also appears to be crucial for electrochemical performances of all solid state thin film batteries.

• 전기화학회지
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• 제3권1호
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• pp.44-48
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• 2000

상온에서 DC-magnetron sputtering으로 증착한 비정질의 $V_2O_5$ 박막을 양극물질로 하여 $V_2O_5/LIPON/Li$으로 구성된 박막형 리튬이차전지를 제작하였다. $V_2O_5$의 양극특성은 액체전해질을 이용한 half cell 구조에서 평가하였으며, $Ar/O_2$ 분압비의 변화에 따라 제작된 $V_2O_5$ 양극은 분압비 80/20에서 가장 좋은 특성을 보였다. 자체 제작한 $Li_3PO_4$ 타겟을 사용하여 RF-sputtering으로 순수한 질소 분위기 하에서 양극 위에 고체전해질 LIPON 박막을 형성하였으며, 1.2-4.0V vs. Li 구간에서 리튬에 대해 반응성이 없는 안정한 화합물임을 확인하였다. 음극으로 쓰인 약 $2{\mu}m$두께의 금속리튬박막은 진공 열 증착법으로 제조하였으며, $V_2O_5/LIPON/Li$의 박막형 리튬이차전지는 $1.2\~3.5V$ 구간에서 초기에 약 $150{\mu}A/cm^2{\mu}m$의 높은 방전용량을 나타내었다.