Razvoj aplikacija svih solid-state tankoplastičnih litijumskih baterija

Razvoj hemijskih izvora energije kretao se u smjeru visoke specifične energije, dugog vijeka trajanja i visoke sigurnosti. Potpuno čvrste tankoslojne litijumske baterije postale su najpopularniji tip litijumskih baterija. Neorganske potpuno čvrste tankoslojne litijumske baterije koriste tankoslojne pozitivne i negativne elektrode i tankoslojne čvrste elektrolite. Morfologija tankog filma čvrstog elektrolita omogućava zamjenu tečnog elektrolita čvrstim elektrolitom niže jonske provodljivosti. Morfologija tankog filma pozitivnih i negativnih elektroda omogućuje primjenu mnogih pozitivnih i negativnih materijala s velikim promjenama u naboju i volumenu pražnjenja, poput metala litija i silicij tankog filma Wait. Istodobno, zbog tankoplastne morfologije tankoslojnih litijumskih baterija, lako ih je preraditi u baterije veličine mikrona, pa čak i dodatno istraživanje na baterije nano veličine. Stoga tankoplastične litijumske baterije nisu samo postale žarište istraživanja hemijskih izvora energije sledeće generacije, već i neizbježno istraživanje mikro-baterija. Pravac razvoja.

Trenutni smjerovi istraživanja za anorganske potpuno čvrste tankoplastične litijumske baterije uglavnom se dijele na: (1) istraživanje i razvoj novih struktura baterija, poboljšanje kapaciteta baterije po jedinici površine i pražnjenje snage i rješavanje problema male površine jedinice kapacitet i snaga tankoslojnih litijumskih baterija: (2) Istraživanje novih vrsta čvrstih elektrolita sa visokom ionskom provodnošću radi rešavanja problema niske provodljivosti litijum-jona u anorganskim čvrstim elektrolitima: (3) Istraživanje novih vrsta pozitivnih i negativnih elektroda , tako da pozitivne i negativne elektrode nakon stvaranja filma imaju bolje

1. Istraživanje strukture tankoslojnih litijumskih baterija

Tankoslojna litijumska baterija prihvata klasičnu laminiranu strukturu koja je jednostavne strukture i laka za obradu. Međutim, kako bi se poboljšale performanse baterije, istraživanje strukture litijumske baterije sa tankim filmom postupno se povećava, posebno je litijeva baterija sa tankim filmom 3D postala žarište istraživanja zbog svojih dobrih očekivanja performansi. U 3D strukturi tankoslojne litijumske baterije slična je poroznoj strukturi 3D baterije. Ova vrsta baterija obrađuje se s mnogo redovno raspoređenih mikropora na silikonskoj podlozi, a u mikropore se taloži Li difuzni zaštitni sloj TiN, a zatim se silicij koristi kao negativna elektroda. LiPON je elektrolit, LiCoO2 je pozitivna elektroda za izradu baterije.

2. Istraživanje anorganskog čvrstog elektrolita

Baterije koje koriste anorganske čvrste elektrolite imaju mnogo prednosti u odnosu na elektrolitne baterije, poput elektrokemijske stabilnosti, toplinske stabilnosti, otpornosti na udarce, otpornosti na udarce, bez curenja i zagađenja, te jednostavne minijaturizacije i stvaranja tankog filma. Dobar anorganski čvrsti elektrolit trebao bi imati sljedeće karakteristike: (1) visoka provodljivost litijum-jona i gotovo zanemarljiva elektronska provodljivost u litijevom aktivnom stanju i temperaturi okoline; (2) Mora biti stabilan pod elektrokemijskim reakcijama, posebno interfejs u kontaktu s negativnom elektrodom litija ili legure litija; (3) Da bi se mogao koristiti, čvrsti elektrolit mora biti ekološki prihvatljiv, netoksičan, jeftin i jednostavan za pripremu, a najbolje je da koeficijent toplinskog širenja bude u skladu s elektrodama s obje strane, barem ne previše različiti.

(1) Kristalni anorganski elektrolit

Trenutno su kristalni anorganski elektroliti pokazali visoku jonsku provodljivost u mnogim izvještajima i mogu se podijeliti na čvrste elektrolite tipa NASICON, tipa LISICON, tipa Thio-LISICON, tipa perovskita i drugih struktura. Struktura NASICON-ovog čvrstog elektrolita uglavnom je M [A2B3O12]. Iako NASICON elektrolit ima visoku jonsku provodljivost, metalni litij lako producira T proizvod, što rezultira nestabilnim kontaktom s metalnim litijumom.

LISICON takođe ima visoku jonsku provodljivost. Njegova tipična struktura je elektrolit tipa Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON za poboljšanje jonske provodljivosti elektrolita. U elektrolitima tipa LISICON, sumpor se koristi umjesto kisika, poput Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 I drugih novih materijala, njegova ionska provodljivost može doseći 6,5 × 10-5S / cm.

Trenutni smjerovi istraživanja za anorganske potpuno čvrste tankoplastične litijumske baterije uglavnom se dijele na: (1) istraživanje i razvoj novih struktura baterija, poboljšanje kapaciteta baterije po jedinici površine i pražnjenje snage i rješavanje problema male površine jedinice kapacitet i snaga tankoslojnih litijumskih baterija: (2) Istraživanje novih vrsta čvrstih elektrolita sa visokom ionskom provodnošću radi rešavanja problema niske provodljivosti litijum-jona u anorganskim čvrstim elektrolitima: (3) Istraživanje novih vrsta pozitivnih i negativnih elektroda , tako da pozitivne i negativne elektrode nakon stvaranja filma imaju bolje

1. Istraživanje strukture tankoslojnih litijumskih baterija

Tankoslojna litijumska baterija prihvata klasičnu laminiranu strukturu koja je jednostavne strukture i laka za obradu. Međutim, kako bi se poboljšale performanse baterije, istraživanje strukture litijumske baterije sa tankim filmom postupno se povećava, posebno je litijeva baterija sa tankim filmom 3D postala žarište istraživanja zbog svojih dobrih očekivanja performansi. U 3D strukturi tankoslojne litijumske baterije slična je poroznoj strukturi 3D baterije. Ova vrsta baterija obrađuje se s mnogo redovno raspoređenih mikropora na silikonskoj podlozi, a u mikropore se taloži Li difuzni zaštitni sloj TiN, a zatim se silicij koristi kao negativna elektroda. LiPON je elektrolit, LiCoO2 je pozitivna elektroda za izradu baterije.

2. Istraživanje anorganskog čvrstog elektrolita

Baterije koje koriste anorganske čvrste elektrolite imaju mnogo prednosti u odnosu na elektrolitne baterije, poput elektrokemijske stabilnosti, toplinske stabilnosti, otpornosti na udarce, otpornosti na udarce, bez curenja i zagađenja, te jednostavne minijaturizacije i stvaranja tankog filma. Dobar anorganski čvrsti elektrolit trebao bi imati sljedeće karakteristike: (1) visoka provodljivost litijum-jona i gotovo zanemarljiva elektronska provodljivost u litijevom aktivnom stanju i temperaturi okoline; (2) Mora biti stabilan pod elektrokemijskim reakcijama, posebno interfejs u kontaktu s negativnom elektrodom litija ili legure litija; (3) Da bi se mogao koristiti, čvrsti elektrolit mora biti ekološki prihvatljiv, netoksičan, jeftin i jednostavan za pripremu, a najbolje je da koeficijent toplinskog širenja bude u skladu s elektrodama s obje strane, barem ne previše različiti.

(1) Kristalni anorganski elektrolit

Trenutno su kristalni anorganski elektroliti pokazali visoku jonsku provodljivost u mnogim izvještajima i mogu se podijeliti na čvrste elektrolite tipa NASICON, tipa LISICON, tipa Thio-LISICON, tipa perovskita i drugih struktura. Struktura NASICON-ovog čvrstog elektrolita uglavnom je M [A2B3O12]. Iako NASICON elektrolit ima visoku jonsku provodljivost, metalni litij lako producira T proizvod, što rezultira nestabilnim kontaktom s metalnim litijumom.

LISICON takođe ima visoku jonsku provodljivost. Njegova tipična struktura je elektrolit tipa Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON za poboljšanje jonske provodljivosti elektrolita. U elektrolitima tipa LISICON, sumpor se koristi umjesto kisika, poput Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 I drugih novih materijala, njegova ionska provodljivost može doseći 6,5 × 10-5S / cm.