以高溫爐(furnace)處理鋰鈷氧化物(Lithium cobalt oxide; LiCoO 2 )

2 Theta (deg.) LiCoO2 (82-0340)

55

拉曼光譜量測上，亦可觀測到 Eg mode 峰值與 A1g mode 峰值，可 知藉由 furnace 熱退火 LiCoO2材料，仍可產生具結晶之薄膜，如圖 3-13 所示。

300 400 500 600 700 800 900

A_1g Eg

Intensity (a.u.)

Raman shift (cm^-1)

20^oC/min 15^oC/min 10^oC/min 5^oC/min as-deposited

圖 3-13 藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於不同升溫速率下之拉曼 光譜

於掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)圖譜之俯 視圖上則可觀測到 LiCoO2薄膜具結晶顆粒，但其顆粒大小隨升溫速 率降低而趨於細小之情況，如圖 3-14。而於 SEM 截面圖部分，則皆 可觀察到柱狀之結構產生，如圖 3-15。

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圖 3-14 (a)初鍍 LiCoO2薄膜與藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升 溫速率 (b) 20°C/min, (c) 15°C/min, (d) 10°C/min, (e) 5°C/min 情況下

之 SEM 俯視圖 (b)

(c) (d)

(e) (a)

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圖 3-15 (a)初鍍 LiCoO2薄膜與藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升 溫速率(b) 20°C/min, (c) 15°C/min, (d) 10°C/min, (e) 5°C/min 情況下之

SEM 截面圖 (b)

(c) (d)

(e) (a)

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Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge

圖 3-16 藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫速率 20°C/min 情況 下之充放電曲線圖

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Capacity (mAh/cm²mm)

Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge

圖 3-17 藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫速率 15°C/min 情況

Capacity (mAh/cm²mm)

Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge

圖 3-18 藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫速率 10°C/min 情況 下之充放電曲線圖

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Cycle 1-Charge & Discharge Cycle 2-Charge & Discharge Cycle 3-Charge & Discharge Cycle 10-Charge & Discharge Cycle 20-Charge & Discharge Cycle 30-Charge & Discharge

圖 3-19 藉由 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜，於升溫速率 5°C/min 情況

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比較以高溫爐與快速熱退火爐(rapid thermal annealing; RTA)熱處 理 LiCoO2薄膜，於 XRD 量測上皆可得知具備適合鋰離子擴散之晶相，

拉曼量測之結果則可確認皆具 Eg mode 與 A1g mode，而於 SEM 量測 時亦可發現具柱狀結構，唯於充放電量測上，明顯發現放電電容具差 異，以 furnace 熱處理薄膜下之放電電容於第 1 圈循環皆具較高之電 容值，但經 30 次循環後，放電電容衰退過快，而以 RTA 熱處理薄膜，

雖於第 30 圈循環下放電電容並無較高之情況，但相較於 furnace 熱處 理薄膜，其放電電容衰退之情況較為緩和，如圖 3-20 與圖 3-21 所示，

故選擇以 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜。並以最佳之情況，即以升溫時間 為 2 min 之情況，作為全固態薄膜電池之陰極材料參數。

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Furnace-20^oC/min Furnace-15^oCmin Furnace-10^oC/min Furnace-5^oC/min

圖 3-21 以 furnace 熱處理 LiCoO2薄膜之放電電容對循環次數圖

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以 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，升溫時間為 2 min 之參數進行全固 態薄膜電池組裝，然而其於後續蒸鍍鋰金屬時會呈現膜層剝落之現象，

如圖 3-22。推測膜層剝落之原因，乃因多層異質薄膜堆疊，因每一層 薄膜具有不同之冷縮熱脹係數，每層薄膜支應力不同，因此造成鍍第 四層薄膜鋰金屬(依序為 Pt、LiCoO2 、LiPON、Li)時會有膜層剝落現 象產生。故嘗試於鍍鋰磷氧氮化物(Lithium phosphorous oxynitride;

LiPON)薄膜之製程上進行改變，使後續蒸鍍鋰金屬後，期望薄膜剝 落之情況能改善。

圖 3-22 以 RTA 熱處理 LiCoO2薄膜，於蒸鍍鋰金屬後薄膜剝落之照 片

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