Growth and characterization of LiCoO2 thin films by magnetron sputtering for lithium ion batteries

Abstract

Bu tez, lityum iyon pillerde kullanılmak üzere mıknatıssal saçtırma yöntemiyle büyütülen ve karakterize edilen Lityum Kobalt Oksit (LiCoO₂) ince filmlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesine odaklanmaktadır. Yüksek performanslı enerji depolama cihazlarına yönelik artan talep göz önünde bulundurularak, bu çalışmada LCO ince filmlerin elektrokimyasal özelliklerini iyileştirmek için kaplama parametrelerinin optimize edilmesine gayret edilmektedir. İleri karakterizasyon teknikleri, örneğin Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDX), X-ışını Difraksiyonu (XRD), Raman Spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve Elektrokimyasal Döngüsel Voltametri filmlerin morfolojisini, bileşimini, kristal yapısını ve kimyasal durumlarını değerlendirmek için kullanılmaktadır. Ayrıca, bu araştırma tüm katı hal lityum iyon pillerde (ASSLIB'ler) elektrolit/katot ara yüzeyindeki zorluklara değinmekte olup, ara yüzey kararlılığını artırmayı ve direnci azaltmayı hedeflemektedir. Kaplama sürecinin iyileştirilmesi ve ara yüzey özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması ile çalışma, lityum iyon pillerin genel performansını ve güvenliğini önemli ölçüde artırmayı amaçlamaktadır. Bu araştırmadan elde edilen bulgular, pil teknolojisinin ilerlemesine katkıda bulunarak, daha verimli ve kararlı enerji depolama çözümlerinin geliştirilmesi için değerli içgörüler sunmaktadır. Bu çalışma, malzeme optimizasyonunun önemini vurgulamakta ve çeşitli uygulamalarda daha iyi performans, uzun ömür ve güvenlik sağlamak için pil teknolojisinde gelecekteki yenilikler için bir yol sunmaktadır.

This thesis focuses growth and characterization of LiCoO₂ thin films using the magnetron sputtering technique for the improvement of its use in lithium-ion batteries. As the rate of energy demand goes up with the need for better performance storage devices, this study aims to enhance deposition parameters for better electrochemical and surface quality of LCO thin films. For the characterization of morphology and composition of the films, Scattering Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray Diffraction Analysis (XRD), Raman spectroscopy, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Electrochemical Cyclovoltammetry are used. This research covers the problem related to the interfacial area in between the electrolyte and cathode in all-solid-state lithium-ion batteries (ASSLIBs) and work in the direction that would help to stabilize the interfacial layer and to reduce the ionic resistances. Hence, the present research proposes to optimize the sputtering process as well as study the entire interfacial properties that aim to enhance the general performance. The conclusion drawn in this study is useful to the development of batteries, in identifying the factors that affect the stability of energy storage systems. The findings from this research contribute to the advancement of battery technology, offering valuable insights for developing more efficient and stable energy storage solutions. This work not only underscores the importance of material optimization but also provides a pathway for future innovations in battery technology, ensuring better performance, longevity, and safety in various applications.