Application Development Of All Solid-state Thin Film Lithium Baterije

Razvoj kemijskih izvora energije kreće se u smjeru visoke specifične energije, dugog života i visoke sigurnosti. Sve-solid-state tanko-film litij baterije su postale najpopularnija vrsta litij baterija. Anorganske sve-solid-state tanko-film litij baterije koriste tanko-film pozitivne i negativne elektrode i tanko-film čvrste elektrolite. Tanka filmska morfologija čvrstog elektrolita čini moguću zamjenu tekućeg elektrolita čvrstim elektrolitom s nižom ionom provodljivosti. Tanka filmska morfologija pozitivnih i negativnih elektroda olakšava primjenu mnogih pozitivnih i negativnih materijala s velikim promjenama zaduženog i pražnjenog volumena, kao što su metalni litij i tanki filmski silikon Pričekajte. U isto vrijeme, zbog tanke filmske morfologije tankofilmskih litij baterija, lako se obrađuje u baterije veličine mikrona, a čak i daljnja istraživanja baterija veličine nano. Stoga su tankofilmske litij baterije ne samo da su postale žarište istraživanja izvora kemijske energije sljedeće generacije, već i neizbježna istraživanja na mikro-baterijama. Smjer razvoja.

Trenutačni istraživački smjerovi za anorganske sve-solid-state tanko-film litij baterije uglavnom su podijeljeni na: (1) Istraživanje i razvoj novih struktura baterija, Poboljšajte kapacitet baterije po jedinici i snagu pražnjenja, te riješite problem niskog kapaciteta jedinice i snage litijskih baterija tankog filma: (2) Istraživanja o novim vrstama čvrstih elektrolita sa visokom ionom provodljivosti kako bi se riješio problem niske provodljivosti litijuma u anorganskim čvrstim elektrolitima : (3) Istraživanja o novim vrstama pozitivnih i negativnih elektroda, tako da pozitivne i negativne elektrode nakon stvaranja filma imaju bolje

1. Istraživanja o strukturi tankih filmskih litij baterija

Tanko-film litij baterija usvaja klasičnu laminiranu strukturu, koja je jednostavna po strukturi i jednostavna za obradu. Međutim, kako bi se dodatno poboljšala izvedba baterije, istraživanje o strukturi tanke filmske litij baterije postupno se povećava, posebno 3D struktura tanka film litij baterija je postala istraživačka žarište zbog svojih dobrih očekivanja performansi. U 3D strukturi tanke filmske litij baterije, sličan je poroznoj strukturi 3D baterije. Ova vrsta baterije se obrađuje s mnogim redovito raspoređenim mikropore na silicijumsku podlogu, a Li difuzijski sloj barijere TiN se taloži u mikropore, a zatim se silicijum koristi kao negativna elektroda. LiPON je Electrolyte, LiCoO2 je pozitivna elektroda kako bi baterija.

2. Istraživanja o anorganskim krutim elektrolitima

Baterije pomoću anorganskih čvrstih elektrolita imaju mnoge prednosti u odnosu na elektrolite baterije, kao što su elektrokemijska stabilnost, toplinska stabilnost, otpornost na udarce, otpornost na udarce, bez problema s curenjem i onečišćenjem, te jednostavna minijaturizacija i stvaranje tankog filma. Dobar anorganski čvrsti elektrolit treba imati sljedeće karakteristike: (1) Visoka vodljivost litija iona i gotovo zanemariva elektronička vodljivost unutar litij aktivnog stanja i raspona temperature okoline; (2) Mora biti stabilna pod elektrokemijskim reakcijama, posebno Sučelje u dodiru s negativnom elektrodom litija ili litijeve legrije; (3) Da bi ga koristili, čvrsti elektroliti moraju biti ekološki prihvatljivi, netoksični, niskotarifni i jednostavni za pripremu, a najbolje je da koeficijent toplinske ekspanzije može biti u skladu s elektrodama s obje strane, barem ne previše različit.

(1) Kristalni anorganski elektrolit

U ovom trenutku, kristalni anorganski elektroliti su pokazali visoku ionu provodljivost u mnogim izvještajima, a oni se mogu podijeliti na čvrste elektrolite NASICON tipa, LISICON tipa, Tio-LISICON tipa, perovskite tipa i drugih struktura. Struktura NASICON čvrstog elektrolita je općenito M[A2B3O12]. Iako NASICON elektrolit ima visoku ionu provodljivost, T proizvod se lako smanjuje metalnim litijem, što rezultira nestabilnim kontaktom s metalnim litijem.

LISICON također ima visoku ionske vodljivosti. Njegova tipična struktura je Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tip elektrolita za poboljšanje ionske vodljivosti elektrolita. U LISICON tip elektrolita, sumpor se koristi umjesto kisika, kao što su Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 I drugi novi materijali, njegova ionski vodljivost može doseći 6,5×10-5S/cm.

Trenutačni istraživački smjerovi za anorganske sve-solid-state tanko-film litij baterije uglavnom su podijeljeni na: (1) Istraživanje i razvoj novih struktura baterija, Poboljšajte kapacitet baterije po jedinici i snagu pražnjenja, te riješite problem niskog kapaciteta jedinice i snage litijskih baterija tankog filma: (2) Istraživanja o novim vrstama čvrstih elektrolita sa visokom ionom provodljivosti kako bi se riješio problem niske provodljivosti litijuma u anorganskim čvrstim elektrolitima : (3) Istraživanja o novim vrstama pozitivnih i negativnih elektroda, tako da pozitivne i negativne elektrode nakon stvaranja filma imaju bolje

1. Istraživanja o strukturi tankih filmskih litij baterija

Tanko-film litij baterija usvaja klasičnu laminiranu strukturu, koja je jednostavna po strukturi i jednostavna za obradu. Međutim, kako bi se dodatno poboljšala izvedba baterije, istraživanje o strukturi tanke filmske litij baterije postupno se povećava, posebno 3D struktura tanka film litij baterija je postala istraživačka žarište zbog svojih dobrih očekivanja performansi. U 3D strukturi tanke filmske litij baterije, sličan je poroznoj strukturi 3D baterije. Ova vrsta baterije se obrađuje s mnogim redovito raspoređenim mikropore na silicijumsku podlogu, a Li difuzijski sloj barijere TiN se taloži u mikropore, a zatim se silicijum koristi kao negativna elektroda. LiPON je Electrolyte, LiCoO2 je pozitivna elektroda kako bi baterija.

2. Istraživanja o anorganskim krutim elektrolitima

Baterije pomoću anorganskih čvrstih elektrolita imaju mnoge prednosti u odnosu na elektrolite baterije, kao što su elektrokemijska stabilnost, toplinska stabilnost, otpornost na udarce, otpornost na udarce, bez problema s curenjem i onečišćenjem, te jednostavna minijaturizacija i stvaranje tankog filma. Dobar anorganski čvrsti elektrolit treba imati sljedeće karakteristike: (1) Visoka vodljivost litija iona i gotovo zanemariva elektronička vodljivost unutar litij aktivnog stanja i raspona temperature okoline; (2) Mora biti stabilna pod elektrokemijskim reakcijama, posebno Sučelje u dodiru s negativnom elektrodom litija ili litijeve legrije; (3) Da bi ga koristili, čvrsti elektroliti moraju biti ekološki prihvatljivi, netoksični, niskotarifni i jednostavni za pripremu, a najbolje je da koeficijent toplinske ekspanzije može biti u skladu s elektrodama s obje strane, barem ne previše različit.

(1) Kristalni anorganski elektrolit

U ovom trenutku, kristalni anorganski elektroliti su pokazali visoku ionu provodljivost u mnogim izvještajima, a oni se mogu podijeliti na čvrste elektrolite NASICON tipa, LISICON tipa, Tio-LISICON tipa, perovskite tipa i drugih struktura. Struktura NASICON čvrstog elektrolita je općenito M[A2B3O12]. Iako NASICON elektrolit ima visoku ionu provodljivost, T proizvod se lako smanjuje metalnim litijem, što rezultira nestabilnim kontaktom s metalnim litijem.

LISICON također ima visoku ionske vodljivosti. Njegova tipična struktura je Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tip elektrolita za poboljšanje ionske vodljivosti elektrolita. U LISICON tip elektrolita, sumpor se koristi umjesto kisika, kao što su Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 I drugi novi materijali, njegova ionski vodljivost može doseći 6,5×10-5S/cm.