Applikationsutveckling av alla tunnformade litiumbatterier i tunnform

Utvecklingen av kemiska kraftkällor har gått i riktning mot hög specifik energi, lång livslängd och hög säkerhet. All-solid-state tunnfilm-litiumbatterier har blivit den mest populära typen av litiumbatterier. Oorganiska tunnformiga litiumbatterier med fasta tillstånd använder tunna filmpositiva och negativa elektroder och tunna filmfasta elektrolyter. Den tunna filmmorfologin för den fasta elektrolyten gör det möjligt att ersätta den flytande elektrolyten med en fast elektrolyt med lägre jonledningsförmåga. Den tunna filmmorfologin hos de positiva och negativa elektroderna gör det möjligt att applicera många positiva och negativa material med stora förändringar i laddnings- och urladdningsvolym, såsom metalllitium och tunnfilmskisel Vänta. Samtidigt, på grund av tunnfilmsmorfologin hos tunnfilm-litiumbatterier, är det enkelt att bearbeta batterier i mikronstorlek och till och med ytterligare forskning om nanostorlekar. Därför har tunnfilm-litiumbatterier inte bara blivit forskningens hotspot för nästa generations kemiska kraftkällor utan också den oundvikliga forskningen om mikrobatterier. Riktning av utveckling.

De nuvarande forskningsanvisningarna för oorganiska helfabrikat tunnfilm-litiumbatterier är huvudsakligen uppdelade i: (1) Forskning och utveckling av nya batteristrukturer, förbättring av batterikapaciteten per ytenhet och urladdningskraft och lösning av problemet med låg enhetsarea kapacitet och kraft hos tunnfilms litiumbatterier: (2) Forskning om nya typer av fasta elektrolyter med hög jonisk ledningsförmåga för att lösa problemet med låg litiumjonledningsförmåga i oorganiska fasta elektrolyter: (3) Forskning om nya typer av positiva och negativa elektroder , så att de positiva och negativa elektroderna efter filmbildning har blivit bättre

1. Forskning om strukturen hos tunnfilmbatterier

Tunnfilms litiumbatteri antar en klassisk laminerad struktur, som är enkel i struktur och lätt att bearbeta. För att ytterligare förbättra batteriets prestanda ökar dock forskningen om strukturen hos tunnfilm-litiumbatteriet gradvis, särskilt 3D-strukturen tunnfilm-litiumbatteriet har blivit en forskningshotspot på grund av dess goda prestationsförväntningar. I 3D-strukturen för tunnfilmsbatteriet liknar det den porösa strukturen hos 3D-batteriet. Denna typ av batteri bearbetas med många regelbundet anordnade mikroporer på kiselsubstratet, och Li-diffusionsbarriärlagret TiN deponeras i mikroporerna, och sedan används kislet som den negativa elektroden. LiPON är elektrolyt, LiCoO2 är den positiva elektroden som gör batteriet.

2. Forskning om oorganisk fast elektrolyt

Batterier som använder oorganiska fasta elektrolyter har många fördelar jämfört med elektrolytbatterier, såsom elektrokemisk stabilitet, termisk stabilitet, chockmotstånd, slaghållfasthet, inga läckage- och föroreningsproblem och enkel miniatyrisering och tunn filmbildning. En bra oorganisk fast elektrolyt bör ha följande egenskaper: (1) Hög litiumjonledningsförmåga och nästan försumbar elektronisk ledningsförmåga inom det litiumaktiva tillståndet och omgivningstemperaturområdet; (2) Det måste vara stabilt under elektrokemiska reaktioner, särskilt gränssnittet i kontakt med den negativa elektroden i litium eller litiumlegering; (3) För att kunna använda den måste den fasta elektrolyten vara miljövänlig, giftfri, billig och lätt att förbereda, och det är bäst att värmeutvidgningskoefficienten kan överensstämma med elektroderna på båda sidor, åtminstone inte alltför annorlunda.

(1) Kristallin oorganisk elektrolyt

För närvarande har kristallina oorganiska elektrolyter uppvisat hög jonisk ledningsförmåga i många rapporter, och de kan delas in i fasta elektrolyter av NASICON-typ, LISICON-typ, Thio-LISICON-typ, perovskit-typ och andra strukturer. Strukturen för den fasta NASICON-elektrolyten är i allmänhet M [A2B3O12]. Även om NASICON-elektrolyten har hög jonisk ledningsförmåga, reduceras T-produkten lätt av metalllitium, vilket resulterar i instabil kontakt med metalllitium.

LISICON har också hög jonisk konduktivitet. Dess typiska struktur är Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON typ elektrolyt för att förbättra elektrolytens jonledningsförmåga. I LISICON-typ elektrolyt används svavel istället för syre, såsom Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Och andra nya material, dess jonledningsförmåga kan nå 6,5 × 10-5S / cm.

De nuvarande forskningsanvisningarna för oorganiska helfabrikat tunnfilm-litiumbatterier är huvudsakligen uppdelade i: (1) Forskning och utveckling av nya batteristrukturer, förbättring av batterikapaciteten per ytenhet och urladdningskraft och lösning av problemet med låg enhetsarea kapacitet och kraft hos tunnfilms litiumbatterier: (2) Forskning om nya typer av fasta elektrolyter med hög jonisk ledningsförmåga för att lösa problemet med låg litiumjonledningsförmåga i oorganiska fasta elektrolyter: (3) Forskning om nya typer av positiva och negativa elektroder , så att de positiva och negativa elektroderna efter filmbildning har blivit bättre

1. Forskning om strukturen hos tunnfilmbatterier

Tunnfilms litiumbatteri antar en klassisk laminerad struktur, som är enkel i struktur och lätt att bearbeta. För att ytterligare förbättra batteriets prestanda ökar dock forskningen om strukturen hos tunnfilm-litiumbatteriet gradvis, särskilt 3D-strukturen tunnfilm-litiumbatteriet har blivit en forskningshotspot på grund av dess goda prestationsförväntningar. I 3D-strukturen för tunnfilmsbatteriet liknar det den porösa strukturen hos 3D-batteriet. Denna typ av batteri bearbetas med många regelbundet anordnade mikroporer på kiselsubstratet, och Li-diffusionsbarriärlagret TiN deponeras i mikroporerna, och sedan används kislet som den negativa elektroden. LiPON är elektrolyt, LiCoO2 är den positiva elektroden som gör batteriet.

2. Forskning om oorganisk fast elektrolyt

Batterier som använder oorganiska fasta elektrolyter har många fördelar jämfört med elektrolytbatterier, såsom elektrokemisk stabilitet, termisk stabilitet, chockmotstånd, slaghållfasthet, inga läckage- och föroreningsproblem och enkel miniatyrisering och tunn filmbildning. En bra oorganisk fast elektrolyt bör ha följande egenskaper: (1) Hög litiumjonledningsförmåga och nästan försumbar elektronisk ledningsförmåga inom det litiumaktiva tillståndet och omgivningstemperaturområdet; (2) Det måste vara stabilt under elektrokemiska reaktioner, särskilt gränssnittet i kontakt med den negativa elektroden i litium eller litiumlegering; (3) För att kunna använda den måste den fasta elektrolyten vara miljövänlig, giftfri, billig och lätt att förbereda, och det är bäst att värmeutvidgningskoefficienten kan överensstämma med elektroderna på båda sidor, åtminstone inte alltför annorlunda.

(1) Kristallin oorganisk elektrolyt

För närvarande har kristallina oorganiska elektrolyter uppvisat hög jonisk ledningsförmåga i många rapporter, och de kan delas in i fasta elektrolyter av NASICON-typ, LISICON-typ, Thio-LISICON-typ, perovskit-typ och andra strukturer. Strukturen för den fasta NASICON-elektrolyten är i allmänhet M [A2B3O12]. Även om NASICON-elektrolyten har hög jonisk ledningsförmåga, reduceras T-produkten lätt av metalllitium, vilket resulterar i instabil kontakt med metalllitium.

LISICON har också hög jonisk konduktivitet. Dess typiska struktur är Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON typ elektrolyt för att förbättra elektrolytens jonledningsförmåga. I LISICON-typ elektrolyt används svavel istället för syre, såsom Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Och andra nya material, dess jonledningsförmåga kan nå 6,5 × 10-5S / cm.