Разработване на приложения на всички твърдотелни тънкослойни литиеви батерии

Развитието на химически източници на енергия се движи в посока на висока специфична енергия, дълъг живот и висока безопасност. Твърдостоящите тънкослойни литиеви батерии се превърнаха в най-популярния тип литиеви батерии. Неорганичните изцяло твърди тънкослойни литиеви батерии използват тънкослойни положителни и отрицателни електроди и тънкослойни твърди електролити. Тънкослойната морфология на твърдия електролит прави възможно заместването на течния електролит с твърд електролит с по-ниска йонна проводимост. Тънкослойната морфология на положителните и отрицателните електроди дава възможност да се прилагат много положителни и отрицателни материали с големи промени в заряда и разрядния обем, като метален литий и тънък филм силиций Wait. В същото време, поради тънкослойната морфология на тънкослойните литиеви батерии, е лесно да се преработи в батерии с размер на микрона и дори да се извършат допълнителни изследвания върху наноразмерни батерии. Следователно, тънкослойните литиеви батерии не само се превърнаха в гореща точка за изследване на химически източници от следващо поколение, но и в неизбежното изследване на микро-батериите. Посока на развитие.

Настоящите изследователски насоки за неорганични изцяло полупроводникови тънкослойни литиеви батерии са главно разделени на: (1) Проучване и разработване на нови структури на батериите, подобряване на капацитета на батерията на единица площ и разреждане на мощността и решаване на проблема с ниска единица площ капацитет и мощност на тънкослойни литиеви батерии: (2) Изследване на нови видове твърди електролити с висока йонна проводимост за решаване на проблема с ниска проводимост на литиеви йони в неорганични твърди електролити: (3) Изследване на нови видове положителни и отрицателни електроди , така че положителните и отрицателните електроди след образуването на филм да са по-добри

1. Изследване на структурата на тънкослойните литиеви батерии

Тънкослойната литиева батерия приема класическа ламинирана структура, която е проста по структура и лесна за обработка. Въпреки това, с цел по-нататъшно подобряване на производителността на батерията, изследванията върху структурата на тънкослойната литиева батерия постепенно се увеличават, особено тънкослойната литиева батерия с 3D структура се е превърнала в изследователска точка поради своите добри резултати. В 3D структурата на тънкослойната литиева батерия тя е подобна на порестата структура на 3D батерията. Този вид батерия се обработва с много редовно подредени микропори върху силициевия субстрат и Li-бариерният бариерен слой TiN се отлага в микропорите и след това силиция се използва като отрицателен електрод. LiPON е електролит, LiCoO2 е положителният електрод за направата на батерията.

2. Изследване на неорганичен твърд електролит

Батериите, използващи неорганични твърди електролити, имат много предимства пред електролитните батерии, като електрохимична стабилност, термична стабилност, устойчивост на удар, устойчивост на удар, без проблеми с изтичане и замърсяване и лесно миниатюризиране и образуване на тънък филм. Един добър неорганичен твърд електролит трябва да има следните характеристики: (1) Висока литиево-йонна проводимост и почти незначителна електронна проводимост в литиевото активно състояние и температурата на околната среда; (2) Той трябва да е стабилен при електрохимични реакции, особено Интерфейсът в контакт с отрицателния електрод на литий или литиева сплав; (3) За да се използва, твърдият електролит трябва да бъде екологичен, нетоксичен, евтин и лесен за приготвяне, а най-добре е коефициентът на термично разширение да бъде съобразен с електродите от двете страни, поне не твърде различно.

(1) Кристален неорганичен електролит

Понастоящем кристалните неорганични електролити показват висока йонна проводимост в много доклади и те могат да бъдат разделени на твърди електролити от тип NASICON, тип LISICON, тип Thio-LISICON, тип perovskite и други структури. Структурата на твърдия електролит NASICON обикновено е M [A2B3O12]. Въпреки че електролитът NASICON има висока йонна проводимост, Т-продуктът лесно се редуцира от металния литий, което води до нестабилен контакт с металния литий.

LISICON също има висока йонна проводимост. Типичната му структура е електролит тип Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON за подобряване на йонната проводимост на електролита. В електролита тип LISICON вместо кислород се използва сяра, като Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 и други нови материали, нейната проводимост на йони може да достигне 6,5 × 10-5S / cm.

Настоящите изследователски насоки за неорганични изцяло полупроводникови тънкослойни литиеви батерии са главно разделени на: (1) Проучване и разработване на нови структури на батериите, подобряване на капацитета на батерията на единица площ и разреждане на мощността и решаване на проблема с ниска единица площ капацитет и мощност на тънкослойни литиеви батерии: (2) Изследване на нови видове твърди електролити с висока йонна проводимост за решаване на проблема с ниска проводимост на литиеви йони в неорганични твърди електролити: (3) Изследване на нови видове положителни и отрицателни електроди , така че положителните и отрицателните електроди след образуването на филм да са по-добри

1. Изследване на структурата на тънкослойните литиеви батерии

Тънкослойната литиева батерия приема класическа ламинирана структура, която е проста по структура и лесна за обработка. Въпреки това, с цел по-нататъшно подобряване на производителността на батерията, изследванията върху структурата на тънкослойната литиева батерия постепенно се увеличават, особено тънкослойната литиева батерия с 3D структура се е превърнала в изследователска точка поради своите добри резултати. В 3D структурата на тънкослойната литиева батерия тя е подобна на порестата структура на 3D батерията. Този вид батерия се обработва с много редовно подредени микропори върху силициевия субстрат и Li-бариерният бариерен слой TiN се отлага в микропорите и след това силиция се използва като отрицателен електрод. LiPON е електролит, LiCoO2 е положителният електрод за направата на батерията.

2. Изследване на неорганичен твърд електролит

Батериите, използващи неорганични твърди електролити, имат много предимства пред електролитните батерии, като електрохимична стабилност, термична стабилност, устойчивост на удар, устойчивост на удар, без проблеми с изтичане и замърсяване и лесно миниатюризиране и образуване на тънък филм. Един добър неорганичен твърд електролит трябва да има следните характеристики: (1) Висока литиево-йонна проводимост и почти незначителна електронна проводимост в литиевото активно състояние и температурата на околната среда; (2) Той трябва да е стабилен при електрохимични реакции, особено Интерфейсът в контакт с отрицателния електрод на литий или литиева сплав; (3) За да се използва, твърдият електролит трябва да бъде екологичен, нетоксичен, евтин и лесен за приготвяне, а най-добре е коефициентът на термично разширение да бъде съобразен с електродите от двете страни, поне не твърде различно.

(1) Кристален неорганичен електролит

Понастоящем кристалните неорганични електролити показват висока йонна проводимост в много доклади и те могат да бъдат разделени на твърди електролити от тип NASICON, тип LISICON, тип Thio-LISICON, тип perovskite и други структури. Структурата на твърдия електролит NASICON обикновено е M [A2B3O12]. Въпреки че електролитът NASICON има висока йонна проводимост, Т-продуктът лесно се редуцира от металния литий, което води до нестабилен контакт с металния литий.

LISICON също има висока йонна проводимост. Типичната му структура е електролит тип Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON за подобряване на йонната проводимост на електролита. В електролита тип LISICON вместо кислород се използва сяра, като Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 и други нови материали, нейната проводимост на йони може да достигне 6,5 × 10-5S / cm.