Desarrollo de aplicaciones de todas las baterías de litio de película delgada de estado sólido

El desarrollo de fuentes de energía química se ha movido en la dirección de una alta energía específica, una larga vida útil y una alta seguridad. Las baterías de litio de película delgada de estado sólido se han convertido en el tipo más popular de baterías de litio. Las baterías inorgánicas de litio de película delgada de estado sólido utilizan electrodos positivos y negativos de película delgada y electrolitos sólidos de película delgada. La morfología de película fina del electrolito sólido permite reemplazar el electrolito líquido por un electrolito sólido con menor conductividad iónica. La morfología de película fina de los electrodos positivos y negativos hace posible aplicar muchos materiales positivos y negativos con grandes cambios en el volumen de carga y descarga, como el litio metálico y la película fina de silicio. Espere. Al mismo tiempo, debido a la morfología de película delgada de las baterías de litio de película delgada, es fácil de procesar en baterías de tamaño micrométrico e incluso realizar más investigaciones sobre baterías de tamaño nanométrico. Por lo tanto, las baterías de litio de película delgada no solo se han convertido en el punto de acceso de investigación de las fuentes de energía química de próxima generación, sino también en la inevitable investigación sobre micro baterías. Dirección de desarrollo.

Las direcciones de investigación actuales para las baterías inorgánicas de litio de película delgada de estado sólido se dividen principalmente en: (1) Investigar y desarrollar nuevas estructuras de batería, mejorar la capacidad de la batería por unidad de área y potencia de descarga, y resolver el problema de baja unidad de área. capacidad y potencia de las baterías de litio de película delgada: (2) Investigación sobre nuevos tipos de electrolitos sólidos con alta conductividad iónica para resolver el problema de baja conductividad de iones de litio en electrolitos sólidos inorgánicos: (3) Investigación sobre nuevos tipos de electrodos positivos y negativos , de modo que los electrodos positivos y negativos después de la formación de la película tengan mejores

1. Investigación sobre la estructura de las baterías de litio de película fina

La batería de litio de película fina adopta una estructura laminada clásica, que es de estructura simple y fácil de procesar. Sin embargo, para mejorar aún más el rendimiento de la batería, la investigación sobre la estructura de la batería de litio de película delgada está aumentando gradualmente, especialmente la batería de litio de película delgada de estructura 3D se ha convertido en un punto de acceso de investigación debido a sus buenas expectativas de rendimiento. En la estructura 3D de la batería de litio de película delgada, es similar a la estructura porosa de la batería 3D. Este tipo de batería se procesa con muchos microporos dispuestos regularmente sobre el sustrato de silicio, y la capa de barrera de difusión de Li TiN se deposita en los microporos, y luego el silicio se utiliza como electrodo negativo. LiPON es electrolito, LiCoO2 es el electrodo positivo para fabricar la batería.

2. Investigación sobre electrolitos sólidos inorgánicos

Las baterías que utilizan electrolitos sólidos inorgánicos tienen muchas ventajas sobre las baterías de electrolitos, como estabilidad electroquímica, estabilidad térmica, resistencia a los golpes, resistencia al impacto, ausencia de fugas y problemas de contaminación, y fácil miniaturización y formación de película delgada. Un buen electrolito sólido inorgánico debe tener las siguientes características: (1) Alta conductividad de iones de litio y conductividad electrónica casi insignificante dentro del estado activo de litio y rango de temperatura ambiente; (2) Debe ser estable bajo reacciones electroquímicas, especialmente la interfaz en contacto con el electrodo negativo de litio o aleación de litio; (3) Para usarlo, el electrolito sólido debe ser ecológico, no tóxico, de bajo costo y fácil de preparar, y es mejor que el coeficiente de expansión térmica pueda ser consistente con los electrodos en ambos lados, al menos no muy diferente.

(1) Electrolito inorgánico cristalino

En la actualidad, los electrolitos inorgánicos cristalinos han mostrado una alta conductividad iónica en muchos informes y se pueden dividir en electrolitos sólidos de tipo NASICON, tipo LISICON, tipo Thio-LISICON, tipo perovskita y otras estructuras. La estructura del electrolito sólido NASICON es generalmente M [A2B3O12]. Aunque el electrolito NASICON tiene una alta conductividad iónica, el producto T se reduce fácilmente por el litio metálico, lo que provoca un contacto inestable con el litio metálico.

LISICON también tiene una alta conductividad iónica. Su estructura típica es un electrolito tipo Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON para mejorar la conductividad iónica del electrolito. En el electrolito tipo LISICON, se utiliza azufre en lugar de oxígeno, como Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 y otros materiales nuevos, su conductividad iónica puede llegar a 6.5 × 10-5S / cm.

Las direcciones de investigación actuales para las baterías inorgánicas de litio de película delgada de estado sólido se dividen principalmente en: (1) Investigar y desarrollar nuevas estructuras de batería, mejorar la capacidad de la batería por unidad de área y potencia de descarga, y resolver el problema de baja unidad de área. capacidad y potencia de las baterías de litio de película delgada: (2) Investigación sobre nuevos tipos de electrolitos sólidos con alta conductividad iónica para resolver el problema de baja conductividad de iones de litio en electrolitos sólidos inorgánicos: (3) Investigación sobre nuevos tipos de electrodos positivos y negativos , de modo que los electrodos positivos y negativos después de la formación de la película tengan mejores

1. Investigación sobre la estructura de las baterías de litio de película fina

La batería de litio de película fina adopta una estructura laminada clásica, que es de estructura simple y fácil de procesar. Sin embargo, para mejorar aún más el rendimiento de la batería, la investigación sobre la estructura de la batería de litio de película delgada está aumentando gradualmente, especialmente la batería de litio de película delgada de estructura 3D se ha convertido en un punto de acceso de investigación debido a sus buenas expectativas de rendimiento. En la estructura 3D de la batería de litio de película delgada, es similar a la estructura porosa de la batería 3D. Este tipo de batería se procesa con muchos microporos dispuestos regularmente sobre el sustrato de silicio, y la capa de barrera de difusión de Li TiN se deposita en los microporos, y luego el silicio se utiliza como electrodo negativo. LiPON es electrolito, LiCoO2 es el electrodo positivo para fabricar la batería.

2. Investigación sobre electrolitos sólidos inorgánicos

Las baterías que utilizan electrolitos sólidos inorgánicos tienen muchas ventajas sobre las baterías de electrolitos, como estabilidad electroquímica, estabilidad térmica, resistencia a los golpes, resistencia al impacto, ausencia de fugas y problemas de contaminación, y fácil miniaturización y formación de película delgada. Un buen electrolito sólido inorgánico debe tener las siguientes características: (1) Alta conductividad de iones de litio y conductividad electrónica casi insignificante dentro del estado activo de litio y rango de temperatura ambiente; (2) Debe ser estable bajo reacciones electroquímicas, especialmente la interfaz en contacto con el electrodo negativo de litio o aleación de litio; (3) Para usarlo, el electrolito sólido debe ser ecológico, no tóxico, de bajo costo y fácil de preparar, y es mejor que el coeficiente de expansión térmica pueda ser consistente con los electrodos en ambos lados, al menos no muy diferente.

(1) Electrolito inorgánico cristalino

En la actualidad, los electrolitos inorgánicos cristalinos han mostrado una alta conductividad iónica en muchos informes y se pueden dividir en electrolitos sólidos de tipo NASICON, tipo LISICON, tipo Thio-LISICON, tipo perovskita y otras estructuras. La estructura del electrolito sólido NASICON es generalmente M [A2B3O12]. Aunque el electrolito NASICON tiene una alta conductividad iónica, el producto T se reduce fácilmente por el litio metálico, lo que provoca un contacto inestable con el litio metálico.

LISICON también tiene una alta conductividad iónica. Su estructura típica es un electrolito tipo Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON para mejorar la conductividad iónica del electrolito. En el electrolito tipo LISICON, se utiliza azufre en lugar de oxígeno, como Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 y otros materiales nuevos, su conductividad iónica puede llegar a 6.5 × 10-5S / cm.