Разработка приложений для всех твердотельных тонкопленочных литиевых батарей

Развитие химических источников энергии шло в направлении высокой удельной энергии, длительного срока службы и высокой безопасности. Полностью твердотельные тонкопленочные литиевые батареи стали самым популярным типом литиевых батарей. В неорганических полностью твердотельных тонкопленочных литиевых батареях используются тонкопленочные положительные и отрицательные электроды и тонкопленочные твердые электролиты. Морфология тонкой пленки твердого электролита позволяет заменить жидкий электролит твердым электролитом с более низкой ионной проводимостью. Морфология тонких пленок положительных и отрицательных электродов позволяет применять многие положительные и отрицательные материалы с большими изменениями в объеме заряда и разряда, такие как металлический литий и тонкопленочный кремний. В то же время, из-за морфологии тонких пленок тонкопленочных литиевых батарей, их легко перерабатывать в батареи микронного размера и даже проводить дальнейшие исследования в области наноразмерных батарей. Таким образом, тонкопленочные литиевые батареи стали не только центром исследований химических источников энергии нового поколения, но и неизбежными исследованиями микро-батарей. Направление развития.

Текущие направления исследований неорганических твердотельных тонкопленочных литиевых батарей в основном делятся на: (1) Исследование и разработка новых структур батарей, повышение емкости батареи на единицу площади и мощности разряда, а также решение проблемы малой единичной площади. емкость и мощность тонкопленочных литиевых батарей: (2) Исследования новых типов твердых электролитов с высокой ионной проводимостью для решения проблемы низкой литий-ионной проводимости в неорганических твердых электролитах: (3) Исследования новых типов положительных и отрицательных электродов , так что положительный и отрицательный электроды после формирования пленки лучше

1. Исследование структуры тонкопленочных литиевых батарей.

Тонкопленочная литиевая батарея имеет классическую слоистую структуру, простую по конструкции и удобную в обработке. Однако, чтобы еще больше улучшить характеристики батареи, исследования структуры тонкопленочной литиевой батареи постепенно расширяются, особенно тонкопленочная литиевая батарея с трехмерной структурой стала горячей точкой исследования из-за ожиданий от ее хороших характеристик. В 3D-структуре тонкопленочной литиевой батареи она аналогична пористой структуре 3D-батареи. В этом типе батареи используется множество регулярно расположенных микропор на кремниевой подложке, и слой TiN, препятствующий диффузии лития, осаждается в микропорах, а затем кремний используется в качестве отрицательного электрода. LiPON - это электролит, LiCoO2 - положительный электрод для изготовления батареи.

2. Исследования неорганического твердого электролита.

Батареи, в которых используются неорганические твердые электролиты, имеют много преимуществ по сравнению с электролитными батареями, такие как электрохимическая стабильность, термическая стабильность, ударопрочность, ударопрочность, отсутствие утечек и проблем загрязнения, легкость миниатюризации и образования тонкой пленки. Хороший неорганический твердый электролит должен обладать следующими характеристиками: (1) высокая проводимость по ионам лития и практически незначительная электронная проводимость в активном состоянии лития и диапазоне температур окружающей среды; (2) Он должен быть стабильным при электрохимических реакциях, особенно граница раздела, контактирующая с отрицательным электродом из лития или литиевого сплава; (3) Чтобы использовать его, твердый электролит должен быть экологически чистым, нетоксичным, недорогим и простым в приготовлении, и лучше всего, чтобы коэффициент теплового расширения соответствовал электродам с обеих сторон, по крайней мере не слишком разные.

(1) Кристаллический неорганический электролит

В настоящее время кристаллические неорганические электролиты во многих отчетах показали высокую ионную проводимость, и их можно разделить на твердые электролиты типа NASICON, типа LISICON, типа Thio-LISICON, типа перовскита и других структур. Обычно твердый электролит NASICON имеет структуру M [A2B3O12]. Хотя электролит NASICON обладает высокой ионной проводимостью, продукт T легко восстанавливается металлическим литием, что приводит к нестабильному контакту с металлическим литием.

LISICON также обладает высокой ионной проводимостью. Его типичная структура - электролит типа Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON для улучшения ионной проводимости электролита. В электролите типа LISICON вместо кислорода используется сера, например Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4. И в других новых материалах его ионная проводимость может достигать 6,5 × 10-5S / см.

Текущие направления исследований неорганических твердотельных тонкопленочных литиевых батарей в основном делятся на: (1) Исследование и разработка новых структур батарей, повышение емкости батареи на единицу площади и мощности разряда, а также решение проблемы малой единичной площади. емкость и мощность тонкопленочных литиевых батарей: (2) Исследования новых типов твердых электролитов с высокой ионной проводимостью для решения проблемы низкой литий-ионной проводимости в неорганических твердых электролитах: (3) Исследования новых типов положительных и отрицательных электродов , так что положительный и отрицательный электроды после формирования пленки лучше

1. Исследование структуры тонкопленочных литиевых батарей.

Тонкопленочная литиевая батарея имеет классическую слоистую структуру, простую по конструкции и удобную в обработке. Однако, чтобы еще больше улучшить характеристики батареи, исследования структуры тонкопленочной литиевой батареи постепенно расширяются, особенно тонкопленочная литиевая батарея с трехмерной структурой стала горячей точкой исследования из-за ожиданий от ее хороших характеристик. В 3D-структуре тонкопленочной литиевой батареи она аналогична пористой структуре 3D-батареи. В этом типе батареи используется множество регулярно расположенных микропор на кремниевой подложке, и слой TiN, препятствующий диффузии лития, осаждается в микропорах, а затем кремний используется в качестве отрицательного электрода. LiPON - это электролит, LiCoO2 - положительный электрод для изготовления батареи.

2. Исследования неорганического твердого электролита.

Батареи, в которых используются неорганические твердые электролиты, имеют много преимуществ по сравнению с электролитными батареями, такие как электрохимическая стабильность, термическая стабильность, ударопрочность, ударопрочность, отсутствие утечек и проблем загрязнения, легкость миниатюризации и образования тонкой пленки. Хороший неорганический твердый электролит должен обладать следующими характеристиками: (1) высокая проводимость по ионам лития и практически незначительная электронная проводимость в активном состоянии лития и диапазоне температур окружающей среды; (2) Он должен быть стабильным при электрохимических реакциях, особенно граница раздела, контактирующая с отрицательным электродом из лития или литиевого сплава; (3) Чтобы использовать его, твердый электролит должен быть экологически чистым, нетоксичным, недорогим и простым в приготовлении, и лучше всего, чтобы коэффициент теплового расширения соответствовал электродам с обеих сторон, по крайней мере не слишком разные.

(1) Кристаллический неорганический электролит

В настоящее время кристаллические неорганические электролиты во многих отчетах показали высокую ионную проводимость, и их можно разделить на твердые электролиты типа NASICON, типа LISICON, типа Thio-LISICON, типа перовскита и других структур. Обычно твердый электролит NASICON имеет структуру M [A2B3O12]. Хотя электролит NASICON обладает высокой ионной проводимостью, продукт T легко восстанавливается металлическим литием, что приводит к нестабильному контакту с металлическим литием.

LISICON также обладает высокой ионной проводимостью. Его типичная структура - электролит типа Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON для улучшения ионной проводимости электролита. В электролите типа LISICON вместо кислорода используется сера, например Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4. И в других новых материалах его ионная проводимость может достигать 6,5 × 10-5S / см.