Sviluppo dell'applicazione di tutte le batterie al litio a film sottile allo stato solido

Lo sviluppo di fonti di energia chimica si sta muovendo nella direzione di un'elevata energia specifica, lunga durata e alta sicurezza. Le batterie al litio a film sottile completamente allo stato solido sono diventate il tipo più popolare di batterie al litio. Le batterie al litio a film sottile completamente a stato solido inorganiche utilizzano elettrodi positivi e negativi a film sottile ed elettroliti solidi a film sottile. La morfologia a film sottile dell'elettrolita solido consente di sostituire l'elettrolita liquido con un elettrolita solido a conducibilità ionica inferiore. La morfologia a film sottile degli elettrodi positivo e negativo consente di applicare molti materiali positivi e negativi con grandi variazioni di volume di carica e scarica, come il litio metallico e il silicio a film sottile Wait. Allo stesso tempo, a causa della morfologia a film sottile delle batterie al litio a film sottile, è facile trasformarlo in batterie di dimensioni micron e anche ulteriori ricerche sulle batterie di dimensioni nanometriche. Pertanto, le batterie al litio a film sottile non sono solo diventate l'hotspot di ricerca delle fonti di energia chimica di prossima generazione, ma anche l'inevitabile ricerca sulle microbatterie. Direzione dello sviluppo.

Le attuali direzioni di ricerca per le batterie al litio a film sottile a stato solido inorganiche sono principalmente suddivise in: (1) Ricerca e sviluppo di nuove strutture della batteria, miglioramento della capacità della batteria per unità di area e potenza di scarica e risoluzione del problema dell'area dell'unità ridotta capacità e potenza delle batterie al litio a film sottile: (2) Ricerca su nuovi tipi di elettroliti solidi con elevata conducibilità ionica per risolvere il problema della bassa conducibilità agli ioni di litio negli elettroliti solidi inorganici: (3) Ricerca su nuovi tipi di elettrodi positivi e negativi , in modo che gli elettrodi positivo e negativo dopo la formazione del film siano migliori

1. Ricerca sulla struttura delle batterie al litio a film sottile

La batteria al litio a film sottile adotta una classica struttura laminata, che è semplice nella struttura e facile da lavorare. Tuttavia, al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni della batteria, la ricerca sulla struttura della batteria al litio a film sottile sta gradualmente aumentando, in particolare la batteria al litio a film sottile con struttura 3D è diventata un hotspot di ricerca grazie alle sue buone aspettative di prestazioni. Nella struttura 3D della batteria al litio a film sottile, è simile alla struttura porosa della batteria 3D. Questo tipo di batteria viene elaborato con molti micropori regolarmente disposti sul substrato di silicio e lo strato di barriera alla diffusione di Li TiN viene depositato nei micropori, quindi il silicio viene utilizzato come elettrodo negativo. LiPON è elettrolita, LiCoO2 è l'elettrodo positivo per la batteria.

2. Ricerca sull'elettrolita solido inorganico

Le batterie che utilizzano elettroliti solidi inorganici presentano molti vantaggi rispetto alle batterie elettrolitiche, come stabilità elettrochimica, stabilità termica, resistenza agli urti, resistenza agli urti, assenza di perdite e problemi di inquinamento, facile miniaturizzazione e formazione di film sottile. Un buon elettrolita solido inorganico dovrebbe avere le seguenti caratteristiche: (1) elevata conducibilità agli ioni di litio e conduttività elettronica quasi trascurabile nello stato attivo del litio e nell'intervallo di temperatura ambiente; (2) Deve essere stabile sotto reazioni elettrochimiche, in particolare l'interfaccia a contatto con l'elettrodo negativo di litio o lega di litio; (3) Per utilizzarlo, l'elettrolita solido deve essere ecologico, non tossico, a basso costo e facile da preparare, ed è meglio che il coefficiente di espansione termica possa essere coerente con gli elettrodi su entrambi i lati, almeno non troppo diverso.

(1) Elettrolita inorganico cristallino

Al momento, gli elettroliti inorganici cristallini hanno mostrato un'elevata conduttività ionica in molti rapporti e possono essere suddivisi in elettroliti solidi di tipo NASICON, tipo LISICON, tipo Thio-LISICON, tipo perovskite e altre strutture. La struttura dell'elettrolita solido NASICON è generalmente M [A2B3O12]. Sebbene l'elettrolita NASICON abbia un'elevata conduttività ionica, il prodotto T è facilmente ridotto dal litio metallico, determinando un contatto instabile con il litio metallico.

LISICON ha anche un'elevata conduttività ionica. La sua struttura tipica è l'elettrolita di tipo Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON per migliorare la conduttività ionica dell'elettrolita. Nell'elettrolita di tipo LISICON, lo zolfo viene utilizzato al posto dell'ossigeno, come Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 e altri nuovi materiali, la sua conduttività ionica può raggiungere 6,5 × 10-5S / cm.

Le attuali direzioni di ricerca per le batterie al litio a film sottile a stato solido inorganiche sono principalmente suddivise in: (1) Ricerca e sviluppo di nuove strutture della batteria, miglioramento della capacità della batteria per unità di area e potenza di scarica e risoluzione del problema dell'area dell'unità ridotta capacità e potenza delle batterie al litio a film sottile: (2) Ricerca su nuovi tipi di elettroliti solidi con elevata conducibilità ionica per risolvere il problema della bassa conducibilità agli ioni di litio negli elettroliti solidi inorganici: (3) Ricerca su nuovi tipi di elettrodi positivi e negativi , in modo che gli elettrodi positivo e negativo dopo la formazione del film siano migliori

1. Ricerca sulla struttura delle batterie al litio a film sottile

La batteria al litio a film sottile adotta una classica struttura laminata, che è semplice nella struttura e facile da lavorare. Tuttavia, al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni della batteria, la ricerca sulla struttura della batteria al litio a film sottile sta gradualmente aumentando, in particolare la batteria al litio a film sottile con struttura 3D è diventata un hotspot di ricerca grazie alle sue buone aspettative di prestazioni. Nella struttura 3D della batteria al litio a film sottile, è simile alla struttura porosa della batteria 3D. Questo tipo di batteria viene elaborato con molti micropori regolarmente disposti sul substrato di silicio e lo strato di barriera alla diffusione di Li TiN viene depositato nei micropori, quindi il silicio viene utilizzato come elettrodo negativo. LiPON è elettrolita, LiCoO2 è l'elettrodo positivo per la batteria.

2. Ricerca sull'elettrolita solido inorganico

Le batterie che utilizzano elettroliti solidi inorganici presentano molti vantaggi rispetto alle batterie elettrolitiche, come stabilità elettrochimica, stabilità termica, resistenza agli urti, resistenza agli urti, assenza di perdite e problemi di inquinamento, facile miniaturizzazione e formazione di film sottile. Un buon elettrolita solido inorganico dovrebbe avere le seguenti caratteristiche: (1) elevata conducibilità agli ioni di litio e conduttività elettronica quasi trascurabile nello stato attivo del litio e nell'intervallo di temperatura ambiente; (2) Deve essere stabile sotto reazioni elettrochimiche, in particolare l'interfaccia a contatto con l'elettrodo negativo di litio o lega di litio; (3) Per utilizzarlo, l'elettrolita solido deve essere ecologico, non tossico, a basso costo e facile da preparare, ed è meglio che il coefficiente di espansione termica possa essere coerente con gli elettrodi su entrambi i lati, almeno non troppo diverso.

(1) Elettrolita inorganico cristallino

Al momento, gli elettroliti inorganici cristallini hanno mostrato un'elevata conduttività ionica in molti rapporti e possono essere suddivisi in elettroliti solidi di tipo NASICON, tipo LISICON, tipo Thio-LISICON, tipo perovskite e altre strutture. La struttura dell'elettrolita solido NASICON è generalmente M [A2B3O12]. Sebbene l'elettrolita NASICON abbia un'elevata conduttività ionica, il prodotto T è facilmente ridotto dal litio metallico, determinando un contatto instabile con il litio metallico.

LISICON ha anche un'elevata conduttività ionica. La sua struttura tipica è l'elettrolita di tipo Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON per migliorare la conduttività ionica dell'elettrolita. Nell'elettrolita di tipo LISICON, lo zolfo viene utilizzato al posto dell'ossigeno, come Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 e altri nuovi materiali, la sua conduttività ionica può raggiungere 6,5 × 10-5S / cm.