Розробка додатків усіх твердотільних тонкоплівкових літієвих батарей

Розвиток хімічних джерел енергії рухався у напрямку високої питомої енергії, тривалого терміну служби та високої безпеки. Твердотільні тонкоплівкові літієві батареї стали найпопулярнішим типом літієвих батарей. У неорганічних цільнотвердих тонкоплівкових літієвих батареях використовуються тонкоплівкові позитивні та негативні електроди та тонкоплівкові тверді електроліти. Тонкоплівкова морфологія твердого електроліту дозволяє замінити рідкий електроліт твердим електролітом з нижчою іонною провідністю. Тонкоплівкова морфологія позитивних та негативних електродів дозволяє застосовувати багато позитивних і негативних матеріалів з великими змінами в заряді та обсязі розряду, таких як металевий літій та тонкоплівковий кремній. У той же час, завдяки тонкоплівковій морфології тонкоплівкових літієвих батарейок, їх легко переробити в мікронні батареї та навіть провести подальші дослідження нанорозмірних батарей. Тому тонкоплівкові літієві батареї стали не лише точкою досліджень хімічних джерел живлення наступного покоління, а й неминучими дослідженнями мікро-батарей. Напрямок розвитку.

Сучасні напрямки досліджень неорганічних твердотільних тонкоплівкових літієвих батарей в основному поділяються на: (1) Дослідження та розробку нових конструкцій акумуляторів, покращення ємності батареї на одиницю площі та потужність розряду та вирішення проблеми низької одиниці площі ємність і потужність тонкоплівкових літієвих батарей: (2) Дослідження нових типів твердих електролітів з високою іонною провідністю для вирішення проблеми низької провідності іонів літію в неорганічних твердих електролітах: (3) Дослідження нових типів позитивних і негативних електродів , щоб позитивні та негативні електроди після утворення плівок стали кращими

1. Дослідження структури тонкоплівкових літієвих батарей

Тонкоплівкова літієва батарея приймає класичну багатошарову структуру, яка проста за структурою і легко піддається обробці. Однак для подальшого покращення продуктивності акумулятора дослідження структури тонкоплівкової літієвої батареї поступово збільшується, особливо тонкоплівкова літієва батарея 3D-структури стала гарячою точкою дослідження завдяки своїм гарним очікуванням щодо продуктивності. У 3D-структурі тонкоплівкової літієвої батареї вона схожа на пористу структуру 3D-батареї. Цей тип батареї обробляється багатьма регулярно розташованими мікропорами на кремнієвій підкладці, а в мікропорах осідає бар'єрний шар LiN TiN, а потім кремній використовується як негативний електрод. LiPON - це електроліт, LiCoO2 - позитивний електрод для виготовлення акумулятора.

2. Дослідження твердого неорганічного електроліту

Батареї, що використовують неорганічні тверді електроліти, мають багато переваг перед електролітними батареями, такі як електрохімічна стабільність, термостійкість, ударостійкість, ударостійкість, відсутність витоків та забруднення, а також легка мініатюризація та формування тонкої плівки. Хороший неорганічний твердий електроліт повинен мати наступні характеристики: (1) Висока провідність іонів літію та майже незначна електронна провідність в межах активного стану літію та діапазону температур навколишнього середовища; (2) Він повинен бути стабільним при електрохімічних реакціях, особливо поверхня розділу контакту з негативним електродом літію або сплаву літію; (3) Для його використання твердий електроліт повинен бути екологічно чистим, нетоксичним, недорогим та простим у приготуванні, і найкраще, щоб коефіцієнт теплового розширення відповідав електродам з обох сторін, принаймні не надто різні.

(1) Кристалічний неорганічний електроліт

В даний час кристалічні неорганічні електроліти демонструють високу іонну провідність у багатьох звітах, і їх можна розділити на тверді електроліти типу NASICON, типу LISICON, типу Thio-LISICON, типу perovskite та інших структур. Структура твердого електроліту NASICON, як правило, є M [A2B3O12]. Хоча електроліт NASICON має високу іонну провідність, продукт Т легко відновлюється металевим літієм, що призводить до нестабільного контакту з металевим літієм.

LISICON також має високу іонну провідність. Його типовою структурою є електроліт типу Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON для поліпшення іонної провідності електроліту. В електроліті типу LISICON замість кисню використовується сірка, така як Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 та інші нові матеріали, її іонна провідність може досягати 6,5 × 10-5S / см.

Сучасні напрямки досліджень неорганічних твердотільних тонкоплівкових літієвих батарей в основному поділяються на: (1) Дослідження та розробку нових конструкцій акумуляторів, покращення ємності батареї на одиницю площі та потужність розряду та вирішення проблеми низької одиниці площі ємність і потужність тонкоплівкових літієвих батарей: (2) Дослідження нових типів твердих електролітів з високою іонною провідністю для вирішення проблеми низької провідності іонів літію в неорганічних твердих електролітах: (3) Дослідження нових типів позитивних і негативних електродів , щоб позитивні та негативні електроди після утворення плівок стали кращими

1. Дослідження структури тонкоплівкових літієвих батарей

Тонкоплівкова літієва батарея приймає класичну багатошарову структуру, яка проста за структурою і легко піддається обробці. Однак для подальшого покращення продуктивності акумулятора дослідження структури тонкоплівкової літієвої батареї поступово збільшується, особливо тонкоплівкова літієва батарея 3D-структури стала гарячою точкою дослідження завдяки своїм гарним очікуванням щодо продуктивності. У 3D-структурі тонкоплівкової літієвої батареї вона схожа на пористу структуру 3D-батареї. Цей тип батареї обробляється багатьма регулярно розташованими мікропорами на кремнієвій підкладці, а в мікропорах осідає бар'єрний шар LiN TiN, а потім кремній використовується як негативний електрод. LiPON - це електроліт, LiCoO2 - позитивний електрод для виготовлення акумулятора.

2. Дослідження твердого неорганічного електроліту

Батареї, що використовують неорганічні тверді електроліти, мають багато переваг перед електролітними батареями, такі як електрохімічна стабільність, термостійкість, ударостійкість, ударостійкість, відсутність витоків та забруднення, а також легка мініатюризація та формування тонкої плівки. Хороший неорганічний твердий електроліт повинен мати наступні характеристики: (1) Висока провідність іонів літію та майже незначна електронна провідність в межах активного стану літію та діапазону температур навколишнього середовища; (2) Він повинен бути стабільним при електрохімічних реакціях, особливо поверхня розділу контакту з негативним електродом літію або сплаву літію; (3) Для його використання твердий електроліт повинен бути екологічно чистим, нетоксичним, недорогим та простим у приготуванні, і найкраще, щоб коефіцієнт теплового розширення відповідав електродам з обох сторін, принаймні не надто різні.

(1) Кристалічний неорганічний електроліт

В даний час кристалічні неорганічні електроліти демонструють високу іонну провідність у багатьох звітах, і їх можна розділити на тверді електроліти типу NASICON, типу LISICON, типу Thio-LISICON, типу perovskite та інших структур. Структура твердого електроліту NASICON, як правило, є M [A2B3O12]. Хоча електроліт NASICON має високу іонну провідність, продукт Т легко відновлюється металевим літієм, що призводить до нестабільного контакту з металевим літієм.

LISICON також має високу іонну провідність. Його типовою структурою є електроліт типу Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON для поліпшення іонної провідності електроліту. В електроліті типу LISICON замість кисню використовується сірка, така як Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 та інші нові матеріали, її іонна провідність може досягати 6,5 × 10-5S / см.