The amorphous vanadium oxide thin films for thin-film rechargeable lithium batteries were fabricated by r.f. reactive sputtering at room temperature. As the experimental parameter, oxygen partial pressure was varied during sputtering. At high oxygen partial pressures(>30%), the as-deposited films, constant current charge/discharge characteristics were carried out in 1M $LiPF_6$, EC:DMC+1:1 liquid electrolyte using lithium metal as anode. The specific capacity of amorphous $V_2O_5$ after 200cycles of operation at room temperature was higher compared to crystalline $V_2O_5$. The amorphous vanadium oxide thin film and crystalline film showed about 60$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$ and about 38$\mu$Ah/$\textrm{cm}^2\mu\textrm{m}$, respectively. These results suggest that the battery capacity of the thin film vanadium oxide cathode strongly depends on the crystallinity.
최근 휴대용 기기의 급속한 발전이 이뤄지고, 다양한 전자제품에서 높은 성능의 이차 전지가 요구됨에 따라 고에너지밀도 특성을 가능케 하는 전극 재료의 연구가 주목받고 있다. 음극의 경우, 기존에 사용하고 있는 흑연재료를 대체하기 위하여 실리콘, 주석 등의 소재와 전이금속 산화물을 새로운 음극재료로 사용하려고 한다. 리튬 바나듐 옥사이드는 리튬 전이금속 산화물 기반의 음극 소재로서 흑연 대비 1.5배의 부피당 용량을 나타낼 수 있다는 장점을 가지고 있으나, 낮은 전기전도도와 입자 파쇄현상으로 인하여 전해질의 분해가 가속화되어 성능이 열화되는 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 개선시키기 위하여 전해질 첨가제를 도입하여 전극/전해질 계면의 개질에 따른 리튬 바나듐 옥사이드의 전기화학적 거동 특성을 보고자 하였다.
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 .
The amorphous vanadium oxide as a cathode material is very preferable for fabricating high performance micro-battery. The amorphous vanadium oxide cathode is preferred over the crystalline form because three times more lithium ions can be inserted into the amorphous cathode, thus making a battery that has a higher capacity. The electrochemical properties of sputtered films are strongly dependent on the oxygen partial pressure in the sputtering gas. The effect of different oxygen partial pressure on the electrochemical properties of vanadium oxide thin films formed by r.f. reactive sputtering deposition were investigated. The stoichiometry of the as-deposited films were investigated by Auger electro spectroscopy. X-ray diffraction and atomic force microscopy measurements were carried out to investigate structural properties and surface morphology, respectively. For high oxygen partial pressure(>30% ), the films were polycrystalline V$_2$O$_{5}$ while an amorphous vanadium oxide was obtained at the lower oxygen partial pressure(< 15%). Half-cell tests were conducted to investigate the electrochemical properties of the vanadium oxide film cathode. The cell capacity was about 60 $\mu$ Ah/$\textrm{cm}^2$ m after 200 cycle when oxygen partial pressure was 20%. These results suggested that the capacity of the thin film battery based on vanadium oxide cathode was strongly depends on crystallinity.y.
We report the discovery of Li-rich $Li_{1+x}[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y]O_2$ as a cathode material for rechargeable lithium-ion batteries in which a small amount of tetravalent vanadium ($V^{4+}$) is selectively and completely incorporated into the manganese sites in the lattice structure. The unwanted oxidation of vanadium to form a $V_2O_5-like$ secondary phase during high-temperature crystallization is prevented by uniformly dispersing the vanadium ions in coprecipitated $[(Ni_{0.225}Co_{0.15}Mn_{0.625})_{1-y}V_y](OH)_2$ particles. Upon doping with $V^{4+}$ ions, the initial discharge capacity (>$275mA\;h\;g^{-1}$), capacity retention, and voltage decay characteristics of the Li-rich layered oxides are improved significantly in comparison with those of the conventional undoped counterpart.
Vanadium oxide thin films with thickness of about 2000 $\AA$ have been prepared by radio frequency sputter deposition using a V2O5 target in a mixed argon and oxygen atmosphere with different Ar/O2 ratio ranging from 99/1 to 90/10. X-ray diffraction and X-ray absorption near edge structure spectroscopic studies show that the oxygen content higher than 5% crystallizes a stoichiometric V2O5 phase, while oxygen deficient phase is formed in the lower oxygen content. The oxygen content in the mixed Ar + O2 has a significant influence on electrochemical lithium insertion/deinsertion property. The discharge-charge capacity of vanadium oxide film increases with increasing the reactive oxygen content. The V2O5 film deposited at the Ar/O2 ratio of 90/10 exhibits high discharge capacity of 100 ${\mu}Ah/cm2-{\mu}m$ along with good cycle performance.
The pure crystalline $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ powder has been prepared by a simple solid state reaction of $Li_2CO_3$ and $V_2O_3$ precursors under nitrogen gas containing 10 mol % hydrogen gas flow. The structure of $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ powder was analyzed using Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The stoichiometric $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ powder was used as anode active material for lithium secondary batteries. Its electrochemical properties were investigated by cyclic voltammetry and constant current methods using lithium foil electrode. The observed specific discharge capacity and charge capacity were 360 mAh/g and 260 mAh/g during the first cycle, respectively. In addition, the cyclic efficiency of this cell was 72.2% in the first cycle. The specific capacity of $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ anode rapidly declines as the current rate increases and retains only 30 % of the capacity of 0.1C rate at 1C rate. The crystallinity of the $Li_{1.1}V_{0.9}O_2$ anode decrease as discharge reaction proceeds. However, the relative intensity of main peaks was almost recovered when the cell was charged up to 1.5 V.
Vanadium tungsten oxide thin films were formed by RF magnetron sputtering and the effects of tungsten addition on the crystallinity and on the electrochemical behavior were investigated. X-ray analysis revealed that amorphized films could be obtained by tungase addition. In order to investigate the electrochemical behavior of the vanadium tungsten oxide films, electrochemical insertion and extraction of lithium were out in 1m $LiCIO_4$-PC-DME electrolyte using litium metal as a counter electrode. When the tungsten was added to the $V_2O_5$ films, cycling reversibility was considerably improved. Electrochemical test showed the cell capacity of about $70\mu\;Ah/\textrm{cm}^2-\mu\textrm{m}$ when the amount of additive tungseten reached 30 atomic percent. No appreciable degradation of the cell capacity could be observed after hundred cycles of insertion and extration od Li.
이산화바나듐은 잘 알려진 금속-절연체 상전이 물질이며, 바나듐 레독스 흐름 전지는 대규모 에너지 저장장치로 활용하기 위해서 많은 연구가 이루어져왔다. 본 연구에서는 바나듐 옥사이드 ($VO_x$) 박막을 리튬이온 이차전지의 양극으로 적용하는 연구를 수행하였다. 이를 위해서 $VO_x$ 박막을 실리콘 웨이퍼 위에 열산화공정으로 300 nm 두께의 $SiO_2$ 층이 형성된 Si 기판 및 쿼츠 기판 위에 RF 마그네트론 스퍼터 시스템으로 60분 동안 $500^{\circ}C$에서 다른 RF 파워로 증착하였다. 증착된 $VO_x$ 박막의 표면형상을 전계방출 주사전자현미경으로 조사하였고, 결정학적 특성을 Raman 분광학으로 분석하였다. 투과율 및 흡수율과 같은 광학적 특성은 자외선-가시광선 분광계로 조사하였다. Cu Foil 위에 증착된 $VO_x$ 박막을 리튬이온전지의 양극물질로 적용하여 CR2032 코인셀을 제작하였고, 전기화학적 특성을 조사하였다. 그 결과 증착된 $VO_x$ 박막은 RF 파워가 증가할수록 낟알 크기가 증가하였고, RF 파워 200 W 이상에서 증착된 박막은 $VO_2$상을 나타내었다. 증착된 $VO_x$ 박막의 투과율은 결정상에 따라 다른 값을 나타내었다. $VO_x$ 박막의 이차전지 특성은 높은 표면적을 가질수록, 결정상이 혼재될수록 높은 충방전 특성을 나타내었다.
An analysis and numerical computations relating to the coupling of optical modes between two neighboring waveguides are discussed. The waveguides are fabricated with Lithium Niobate as guide 1 and Vanadium Oxide as guide 2. In a wave guide system that incorporates two lossless guides, a complete transfer of power from one guide to another can occur when the waveguides are (1) identical or (2) the modes in each guide have identical phase constants. Here we discuss the coupling effects when the guides are dissimilar with respect to both geometry and losses. In thers results, we show that power transfer can occur between the two guides, one lossy and the other lossless, provided the phase matched condition is satisfied. When properly coupled, the power attenuation varies according to the amount of coupling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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