Vývoj aplikácií všetkých polovodičových lítiových batérií z tenkej fólie

Vývoj chemických zdrojov energie sa uberá smerom k vysokej špecifickej energii, dlhej životnosti a vysokej bezpečnosti. All-solid-state tenkovrstvové lítiové batérie sa stali najobľúbenejším typom lítiových batérií. Anorganické all-solid-state tenkovrstvové lítiové batérie používajú tenkovrstvové pozitívne a negatívne elektródy a tenké filmové pevné elektrolyty. Tenká filmová morfológia pevného elektrolytu umožňuje nahradiť kvapalný elektrolyt pevným elektrolytom s nižšou iónovou vodivosťou. Tenká filmová morfológia pozitívnych a negatívnych elektród umožňuje aplikovať mnoho pozitívnych a negatívnych materiálov s veľkými zmenami v náboji a objeme výboja, ako je kovové lítium a tenký filmový kremík Počkajte. Zároveň vďaka tenkej filmovej morfológii lítiových batérií s tenkým filmom sa ľahko spracováva do batérií veľkosti mikrónov a dokonca aj ďalší výskum batérií veľkosti nano. Lítiové batérie s tenkými filmami sa preto stali nielen výskumným hotspotom chemických zdrojov novej generácie, ale aj nevyhnutným výskumom mikrobatérií. Smer rozvoja.

Súčasné výskumné pokyny pre anorganické all-solid-state tenkovrstvové lítiové batérie sú rozdelené hlavne do: (1) Výskum a vývoj nových batérií štruktúr, zlepšenie kapacity batérie na jednotku plochy a vybíjanie energie, a vyriešiť problém nízkej jednotkovej plochy kapacity a výkonu tenkovrstvových lítiových batérií: (2) Výskum nových typov pevných elektrolytov s vysokou iónovou vodivosťou na vyriešenie problému nízkej lítium-iónovej vodivosti anorganických pevných elektrolytov : (3) Výskum nových typov pozitívnych a negatívnych elektród, aby pozitívne a negatívne elektródy po tvorbe filmu mali lepšie

1. Výskum štruktúry lítiových batérií s tenkými filmami

Tenkovrstvová lítiová batéria prijíma klasickú laminačne štruktúru, ktorá je jednoducho štruktúrovaná a ľahko sa spracováva. Avšak, s cieľom ďalej zlepšiť výkon batérie, výskum štruktúry tenkej film lítiovej batérie sa postupne zvyšuje, najmä 3D štruktúra tenká film lítiová batéria sa stala výskum hotspot kvôli jeho dobrý výkon očakávania. V 3D štruktúre tenkej filmovej lítiovej batérie je podobná poréznej štruktúre 3D batérie. Tento druh batérie je spracovaný s mnohými pravidelne usporiadané mikropóry na kremíkový substrát, a Li difúzna bariérová vrstva TiN je uložený v mikropóroch, a potom kremík sa používa ako negatívna elektróda. LiPON je elektrolyt, LiCoO2 je pozitívna elektróda, aby sa batéria.

2. Výskum anorganického pevného elektrolytu

Batérie používajúce anorganické pevné elektrolyty majú mnoho výhod oproti elektrolytom batériám, ako je elektrochemická stabilita, tepelná stabilita, odolnosť proti nárazom, odolnosť proti nárazu, žiadne problémy s únikom a znečistením a ľahká miniaturizácia a tvorba tenkého filmu. Dobrý anorganický pevný elektrolyt by mal mať tieto charakteristiky: (1) vysoká lítium-iónová vodivosť a takmer zanedbateľná elektronická vodivosť v rámci aktívneho stavu lítia a rozsahu teploty okolia; (2) Musí byť stabilný pri elektrochemických reakciách, najmä rozhranie v kontakte s negatívnou elektródou lítia alebo zliatiny lítia; (3) Na jeho použitie musí byť pevný elektrolyt šetrný k životnému prostrediu, netoxický, nízkonákladový a ľahko sa pripravuje a najlepšie je, aby koeficient tepelnej rozťažnosti mohol byť v súlade s elektródami na oboch stranách, aspoň nie príliš odlišný .

(1) Kryštalický anorganický elektrolyt

V súčasnosti kryštalické anorganické elektrolyty preukázali vysokú iónovú vodivosť v mnohých správach a možno ich rozdeliť na pevné elektrolyty typu NASICON, typ LISICON, typ Thio-LISICON, typ perovskitu a iné štruktúry. Štruktúra pevného elektrolytu NASICON je vo všeobecnosti M[A2B3O12]. Hoci elektrolyt NASICON má vysokú iónovú vodivosť, T produkt sa ľahko redukuje kovovým lítiom, čo vedie k nestabilnému kontaktu s kovovým lítiom.

LISICON má tiež vysokú iónovú vodivosť. Jeho typickou štruktúrou je elektrolyt typu Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON na zlepšenie iónovej vodivosti elektrolytu. V elektrolyte typu LISICON sa namiesto kyslíka používa síra, ako napríklad Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 A ďalšie nové materiály, jej iónová vodivosť môže dosiahnuť 6,5×10-5S/cm.

Súčasné výskumné pokyny pre anorganické all-solid-state tenkovrstvové lítiové batérie sú rozdelené hlavne do: (1) Výskum a vývoj nových batérií štruktúr, zlepšenie kapacity batérie na jednotku plochy a vybíjanie energie, a vyriešiť problém nízkej jednotkovej plochy kapacity a výkonu tenkovrstvových lítiových batérií: (2) Výskum nových typov pevných elektrolytov s vysokou iónovou vodivosťou na vyriešenie problému nízkej lítium-iónovej vodivosti anorganických pevných elektrolytov : (3) Výskum nových typov pozitívnych a negatívnych elektród, aby pozitívne a negatívne elektródy po tvorbe filmu mali lepšie

1. Výskum štruktúry lítiových batérií s tenkými filmami

Tenkovrstvová lítiová batéria prijíma klasickú laminačne štruktúru, ktorá je jednoducho štruktúrovaná a ľahko sa spracováva. Avšak, s cieľom ďalej zlepšiť výkon batérie, výskum štruktúry tenkej film lítiovej batérie sa postupne zvyšuje, najmä 3D štruktúra tenká film lítiová batéria sa stala výskum hotspot kvôli jeho dobrý výkon očakávania. V 3D štruktúre tenkej filmovej lítiovej batérie je podobná poréznej štruktúre 3D batérie. Tento druh batérie je spracovaný s mnohými pravidelne usporiadané mikropóry na kremíkový substrát, a Li difúzna bariérová vrstva TiN je uložený v mikropóroch, a potom kremík sa používa ako negatívna elektróda. LiPON je elektrolyt, LiCoO2 je pozitívna elektróda, aby sa batéria.

2. Výskum anorganického pevného elektrolytu

Batérie používajúce anorganické pevné elektrolyty majú mnoho výhod oproti elektrolytom batériám, ako je elektrochemická stabilita, tepelná stabilita, odolnosť proti nárazom, odolnosť proti nárazu, žiadne problémy s únikom a znečistením a ľahká miniaturizácia a tvorba tenkého filmu. Dobrý anorganický pevný elektrolyt by mal mať tieto charakteristiky: (1) vysoká lítium-iónová vodivosť a takmer zanedbateľná elektronická vodivosť v rámci aktívneho stavu lítia a rozsahu teploty okolia; (2) Musí byť stabilný pri elektrochemických reakciách, najmä rozhranie v kontakte s negatívnou elektródou lítia alebo zliatiny lítia; (3) Na jeho použitie musí byť pevný elektrolyt šetrný k životnému prostrediu, netoxický, nízkonákladový a ľahko sa pripravuje a najlepšie je, aby koeficient tepelnej rozťažnosti mohol byť v súlade s elektródami na oboch stranách, aspoň nie príliš odlišný .

(1) Kryštalický anorganický elektrolyt

V súčasnosti kryštalické anorganické elektrolyty preukázali vysokú iónovú vodivosť v mnohých správach a možno ich rozdeliť na pevné elektrolyty typu NASICON, typ LISICON, typ Thio-LISICON, typ perovskitu a iné štruktúry. Štruktúra pevného elektrolytu NASICON je vo všeobecnosti M[A2B3O12]. Hoci elektrolyt NASICON má vysokú iónovú vodivosť, T produkt sa ľahko redukuje kovovým lítiom, čo vedie k nestabilnému kontaktu s kovovým lítiom.

LISICON má tiež vysokú iónovú vodivosť. Jeho typickou štruktúrou je elektrolyt typu Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON na zlepšenie iónovej vodivosti elektrolytu. V elektrolyte typu LISICON sa namiesto kyslíka používa síra, ako napríklad Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 A ďalšie nové materiály, jej iónová vodivosť môže dosiahnuť 6,5×10-5S/cm.