Dezvoltarea aplicației tuturor bateriilor cu litiu cu film subțire în stare solidă

Dezvoltarea surselor de energie chimică se deplasează în direcția energiei specifice ridicate, a duratei de viață lungă și a siguranței ridicate. Bateriile litiu cu film subțire în stare solidă au devenit cel mai popular tip de baterii cu litiu. Bateriile anorganice cu litiu subțire, cu film subțire, folosesc electrozi pozitivi și negativi cu film subțire și electroliți solizi cu film subțire. Morfologia filmului subțire al electrolitului solid face posibilă înlocuirea electrolitului lichid cu un electrolit solid cu conductivitate ionică mai mică. Morfologia peliculei subțiri a electrozilor pozitivi și negativi face posibilă aplicarea multor materiale pozitive și negative cu modificări mari ale volumului de încărcare și descărcare, cum ar fi litiu metalic și siliciu cu film subțire Așteptați. În același timp, datorită morfologiei peliculei subțiri a bateriilor cu litiu cu film subțire, este ușor de prelucrat în baterii de dimensiuni micronice și chiar cercetări suplimentare în ceea ce privește bateriile de dimensiuni nano. Prin urmare, bateriile cu litiu subțire au devenit nu numai punctul de cercetare al surselor de energie chimică de generația următoare, ci și cercetarea inevitabilă a micro-bateriilor. Direcția de dezvoltare.

Direcțiile actuale de cercetare pentru bateriile cu litiu subțire anorganice, în stare solidă, sunt împărțite în principal în: (1) Cercetarea și dezvoltarea noilor structuri de baterii, îmbunătățirea capacității bateriei pe unitate de suprafață și puterea de descărcare și rezolvarea problemei suprafeței unității reduse capacitatea și puterea bateriilor cu litiu cu film subțire: (2) Cercetarea noilor tipuri de electroliți solizi cu conductivitate ionică ridicată pentru a rezolva problema conductivității scăzute a ionului de litiu în electroliții solizi anorganici: (3) Cercetarea noilor tipuri de electrozi pozitivi și negativi , astfel încât electrozii pozitivi și negativi după formarea filmului să fie mai buni

1. Cercetări privind structura bateriilor cu litiu subțire

Bateria cu litiu cu film subțire adoptă o structură clasică laminată, care este simplă ca structură și ușor de prelucrat. Cu toate acestea, pentru a îmbunătăți și mai mult performanța bateriei, cercetarea structurii bateriei cu litiu subțire cu litiu este în creștere treptată, în special bateria cu litiu cu film subțire cu structură 3D a devenit un hotspot de cercetare datorită așteptărilor sale bune de performanță. În structura 3D a bateriei cu litiu subțire, este similară cu structura poroasă a bateriei 3D. Acest tip de baterie este procesată cu numeroși micropori dispuși în mod regulat pe substratul de siliciu, iar stratul de barieră de difuzie Li TiN este depus în micropori, iar apoi siliciul este folosit ca electrod negativ. LiPON este electrolit, LiCoO2 este electrodul pozitiv care face bateria.

2. Cercetarea electrolitului anorganic solid

Bateriile care utilizează electroliți anorganici solizi au multe avantaje față de bateriile electrolitice, cum ar fi stabilitatea electrochimică, stabilitatea termică, rezistența la șoc, rezistența la impact, fără probleme de scurgere și poluare și miniaturizarea ușoară și formarea de pelicule subțiri. Un electrolit solid anorganic bun ar trebui să aibă următoarele caracteristici: (1) Conductivitate ridicată a ionului de litiu și conductivitate electronică aproape neglijabilă în stadiul activ al litiului și în intervalul de temperatură ambiantă; (2) Trebuie să fie stabil în cazul reacțiilor electrochimice, în special interfața în contact cu electrodul negativ al litiului sau aliajului de litiu; (3) Pentru a-l utiliza, electrolitul solid trebuie să fie ecologic, netoxic, ieftin și ușor de preparat și cel mai bine este ca coeficientul de expansiune termică să fie în concordanță cu electrozii de pe ambele părți, cel puțin nu prea diferit.

(1) Electrolit anorganic cristalin

În prezent, electroliții anorganici cristalini au prezentat o conductivitate ionică ridicată în multe rapoarte și pot fi împărțiți în electroliți solizi de tip NASICON, tip LISICON, tip Thio-LISICON, tip perovskit și alte structuri. Structura electrolitului solid NASICON este în general M [A2B3O12]. Deși electrolitul NASICON are o conductivitate ionică ridicată, produsul T este ușor redus de litiu metalic, rezultând un contact instabil cu litiu metalic.

LISICON are, de asemenea, o conductivitate ionică ridicată. Structura sa tipică este electrolitul tip Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON pentru a îmbunătăți conductivitatea ionică a electrolitului. În electroliții de tip LISICON, sulful este utilizat în locul oxigenului, cum ar fi Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Și alte materiale noi, conductivitatea sa ionică poate ajunge la 6,5 ​​× 10-5S / cm.

Direcțiile actuale de cercetare pentru bateriile cu litiu subțire anorganice, în stare solidă, sunt împărțite în principal în: (1) Cercetarea și dezvoltarea noilor structuri de baterii, îmbunătățirea capacității bateriei pe unitate de suprafață și puterea de descărcare și rezolvarea problemei suprafeței unității reduse capacitatea și puterea bateriilor cu litiu cu film subțire: (2) Cercetarea noilor tipuri de electroliți solizi cu conductivitate ionică ridicată pentru a rezolva problema conductivității scăzute a ionului de litiu în electroliții solizi anorganici: (3) Cercetarea noilor tipuri de electrozi pozitivi și negativi , astfel încât electrozii pozitivi și negativi după formarea filmului să fie mai buni

1. Cercetări privind structura bateriilor cu litiu subțire

Bateria cu litiu cu film subțire adoptă o structură clasică laminată, care este simplă ca structură și ușor de prelucrat. Cu toate acestea, pentru a îmbunătăți și mai mult performanța bateriei, cercetarea structurii bateriei cu litiu subțire cu litiu este în creștere treptată, în special bateria cu litiu cu film subțire cu structură 3D a devenit un hotspot de cercetare datorită așteptărilor sale bune de performanță. În structura 3D a bateriei cu litiu subțire, este similară cu structura poroasă a bateriei 3D. Acest tip de baterie este procesată cu numeroși micropori dispuși în mod regulat pe substratul de siliciu, iar stratul de barieră de difuzie Li TiN este depus în micropori, iar apoi siliciul este folosit ca electrod negativ. LiPON este electrolit, LiCoO2 este electrodul pozitiv care face bateria.

2. Cercetarea electrolitului anorganic solid

Bateriile care utilizează electroliți anorganici solizi au multe avantaje față de bateriile electrolitice, cum ar fi stabilitatea electrochimică, stabilitatea termică, rezistența la șoc, rezistența la impact, fără probleme de scurgere și poluare și miniaturizarea ușoară și formarea de pelicule subțiri. Un electrolit solid anorganic bun ar trebui să aibă următoarele caracteristici: (1) Conductivitate ridicată a ionului de litiu și conductivitate electronică aproape neglijabilă în stadiul activ al litiului și în intervalul de temperatură ambiantă; (2) Trebuie să fie stabil în cazul reacțiilor electrochimice, în special interfața în contact cu electrodul negativ al litiului sau aliajului de litiu; (3) Pentru a-l utiliza, electrolitul solid trebuie să fie ecologic, netoxic, ieftin și ușor de preparat și cel mai bine este ca coeficientul de expansiune termică să fie în concordanță cu electrozii de pe ambele părți, cel puțin nu prea diferit.

(1) Electrolit anorganic cristalin

În prezent, electroliții anorganici cristalini au prezentat o conductivitate ionică ridicată în multe rapoarte și pot fi împărțiți în electroliți solizi de tip NASICON, tip LISICON, tip Thio-LISICON, tip perovskit și alte structuri. Structura electrolitului solid NASICON este în general M [A2B3O12]. Deși electrolitul NASICON are o conductivitate ionică ridicată, produsul T este ușor redus de litiu metalic, rezultând un contact instabil cu litiu metalic.

LISICON are, de asemenea, o conductivitate ionică ridicată. Structura sa tipică este electrolitul tip Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON pentru a îmbunătăți conductivitatea ionică a electrolitului. În electroliții de tip LISICON, sulful este utilizat în locul oxigenului, cum ar fi Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Și alte materiale noi, conductivitatea sa ionică poate ajunge la 6,5 ​​× 10-5S / cm.