外延薄膜作为Li₄Ti₅O₁₂中锂离子导电性的模型体系

摘要： 我们采用脉冲激光沉积法制备的外延薄膜模型体系，研究了锂离子电池常用负极材料Li4Ti5O12中的锂离子传导特性。通过面外/面内X射线衍射、透射电子显微镜、飞行时间质谱和弹性反冲探测分析，分别验证了薄膜的外延生长、相纯度及厚度方向的成分均匀性。研究发现：外延生长的Li4Ti5O12表现出理想离子导体特性，可用并联RC等效电路完美描述——在230°C时离子电导率达2.5×10?? S/cm，在205-350°C测试温区内具有0.79 eV的活化能。与之形成鲜明对比的是，平均面内晶粒尺寸<10 nm的非外延多晶Li4Ti5O12薄膜则呈现更复杂的行为特征，存在两种不同传导机制的叠加贡献。最终证实：通过脉冲激光沉积可制备具有优异传输特性的外延Li4Ti5O12薄膜，这种零应变且无晶界缺陷的薄膜有望成为未来固态微电池中理想的负极材料。