Pengembangan Aplikasi Semua Baterai Lithium Film Tipis Padat
Sep 15, 2020
Perkembangan sumber tenaga kimia telah bergerak ke arah energi spesifik tinggi, umur panjang dan keamanan tinggi. Baterai lithium film tipis yang semuanya solid-state telah menjadi jenis baterai lithium yang paling populer. Baterai lithium film tipis semua solid-state anorganik menggunakan elektroda positif dan negatif film tipis serta elektrolit solid film tipis. Morfologi lapisan tipis dari elektrolit padat memungkinkan untuk mengganti elektrolit cair dengan elektrolit padat dengan konduktivitas ionik yang lebih rendah. Morfologi film tipis dari elektroda positif dan negatif memungkinkan untuk mengaplikasikan banyak bahan positif dan negatif dengan perubahan besar pada volume pengisian dan pelepasan, seperti logam litium dan silikon film tipis. Pada saat yang sama, karena morfologi film tipis dari baterai lithium film tipis, mudah untuk diproses menjadi baterai berukuran mikron, dan bahkan penelitian lebih lanjut tentang baterai berukuran nano. Oleh karena itu, baterai lithium film tipis tidak hanya menjadi hotspot penelitian sumber daya kimia generasi berikutnya, tetapi juga penelitian yang tak terhindarkan tentang baterai mikro. Arah pembangunan.
Arah penelitian saat ini untuk baterai lithium film tipis semua solid-state anorganik terutama dibagi menjadi: (1) Meneliti dan mengembangkan struktur baterai baru, meningkatkan kapasitas baterai per satuan luas dan daya pelepasan, dan memecahkan masalah luas satuan yang rendah kapasitas dan kekuatan baterai lithium film tipis: (2) Penelitian tentang jenis baru elektrolit padat dengan konduktivitas ionik tinggi untuk memecahkan masalah konduktivitas ion litium rendah dalam elektrolit padat anorganik: (3) Penelitian tentang jenis baru elektroda positif dan negatif , sehingga elektroda positif dan negatif setelah pembentukan film menjadi lebih baik
1. Penelitian tentang struktur baterai lithium film tipis
Baterai lithium film tipis mengadopsi struktur laminasi klasik, yang strukturnya sederhana dan mudah diproses. Namun, untuk lebih meningkatkan kinerja baterai, penelitian tentang struktur baterai lithium film tipis secara bertahap meningkat, terutama baterai lithium film tipis struktur 3D telah menjadi hotspot penelitian karena ekspektasi kinerja yang baik. Dalam struktur 3D baterai lithium film tipis, ini mirip dengan struktur berpori baterai 3D. Jenis baterai ini diproses dengan banyak pori mikro yang tersusun secara teratur pada substrat silikon, dan lapisan penghalang difusi Li TiN diendapkan dalam pori mikro, dan kemudian silikon digunakan sebagai elektroda negatif. LiPON adalah Elektrolit, LiCoO2 adalah elektroda positif untuk membuat baterai.
2. Penelitian tentang elektrolit padat anorganik
Baterai yang menggunakan elektrolit padat anorganik memiliki banyak keunggulan dibandingkan baterai elektrolit, seperti stabilitas elektrokimia, stabilitas termal, ketahanan guncangan, ketahanan benturan, tidak ada kebocoran dan masalah polusi, serta miniaturisasi yang mudah dan pembentukan lapisan tipis. Elektrolit padat anorganik yang baik harus memiliki karakteristik sebagai berikut: (1) Konduktivitas ion litium yang tinggi dan konduktivitas elektronik yang hampir dapat diabaikan dalam keadaan aktif litium dan kisaran suhu sekitar; (2) Itu harus stabil di bawah reaksi elektrokimia, terutama Antarmuka yang bersentuhan dengan elektroda negatif lithium atau paduan lithium; (3) Untuk menggunakannya, elektrolit padat harus ramah lingkungan, tidak beracun, berbiaya rendah dan mudah disiapkan, dan yang terbaik adalah koefisien muai panas dapat konsisten dengan elektroda di kedua sisi, setidaknya tidak terlalu berbeda.
(1) Elektrolit anorganik kristal
Saat ini, elektrolit anorganik kristal telah menunjukkan konduktivitas ionik yang tinggi dalam banyak laporan, dan dapat dibagi menjadi elektrolit padat tipe NASICON, tipe LISICON, tipe Thio-LISICON, tipe perovskite dan struktur lainnya. Struktur elektrolit padat NASICON umumnya adalah M [A2B3O12]. Meskipun elektrolit NASICON memiliki konduktivitas ionik yang tinggi, produk T mudah direduksi oleh litium logam, mengakibatkan kontak yang tidak stabil dengan litium logam.
LISICON juga memiliki konduktivitas ionik yang tinggi. Struktur tipikal adalah elektrolit tipe Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON untuk meningkatkan konduktivitas ionik elektrolit. Pada elektrolit tipe LISICON, sulfur digunakan sebagai pengganti oksigen, seperti Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Dan material baru lainnya, konduktivitas ionnya bisa mencapai 6,5 × 10-5S / cm.
Arah penelitian saat ini untuk baterai lithium film tipis semua solid-state anorganik terutama dibagi menjadi: (1) Meneliti dan mengembangkan struktur baterai baru, meningkatkan kapasitas baterai per satuan luas dan daya pelepasan, dan memecahkan masalah luas satuan yang rendah kapasitas dan kekuatan baterai lithium film tipis: (2) Penelitian tentang jenis baru elektrolit padat dengan konduktivitas ionik tinggi untuk memecahkan masalah konduktivitas ion litium rendah dalam elektrolit padat anorganik: (3) Penelitian tentang jenis baru elektroda positif dan negatif , sehingga elektroda positif dan negatif setelah pembentukan film menjadi lebih baik
1. Penelitian tentang struktur baterai lithium film tipis
Baterai lithium film tipis mengadopsi struktur laminasi klasik, yang strukturnya sederhana dan mudah diproses. Namun, untuk lebih meningkatkan kinerja baterai, penelitian tentang struktur baterai lithium film tipis secara bertahap meningkat, terutama baterai lithium film tipis struktur 3D telah menjadi hotspot penelitian karena ekspektasi kinerja yang baik. Dalam struktur 3D baterai lithium film tipis, ini mirip dengan struktur berpori baterai 3D. Jenis baterai ini diproses dengan banyak pori mikro yang tersusun secara teratur pada substrat silikon, dan lapisan penghalang difusi Li TiN diendapkan dalam pori mikro, dan kemudian silikon digunakan sebagai elektroda negatif. LiPON adalah Elektrolit, LiCoO2 adalah elektroda positif untuk membuat baterai.
2. Penelitian tentang elektrolit padat anorganik
Baterai yang menggunakan elektrolit padat anorganik memiliki banyak keunggulan dibandingkan baterai elektrolit, seperti stabilitas elektrokimia, stabilitas termal, ketahanan guncangan, ketahanan benturan, tidak ada kebocoran dan masalah polusi, serta miniaturisasi yang mudah dan pembentukan lapisan tipis. Elektrolit padat anorganik yang baik harus memiliki karakteristik sebagai berikut: (1) Konduktivitas ion litium yang tinggi dan konduktivitas elektronik yang hampir dapat diabaikan dalam keadaan aktif litium dan kisaran suhu sekitar; (2) Itu harus stabil di bawah reaksi elektrokimia, terutama Antarmuka yang bersentuhan dengan elektroda negatif lithium atau paduan lithium; (3) Untuk menggunakannya, elektrolit padat harus ramah lingkungan, tidak beracun, berbiaya rendah dan mudah disiapkan, dan yang terbaik adalah koefisien muai panas dapat konsisten dengan elektroda di kedua sisi, setidaknya tidak terlalu berbeda.
(1) Elektrolit anorganik kristal
Saat ini, elektrolit anorganik kristal telah menunjukkan konduktivitas ionik yang tinggi dalam banyak laporan, dan dapat dibagi menjadi elektrolit padat tipe NASICON, tipe LISICON, tipe Thio-LISICON, tipe perovskite dan struktur lainnya. Struktur elektrolit padat NASICON umumnya adalah M [A2B3O12]. Meskipun elektrolit NASICON memiliki konduktivitas ionik yang tinggi, produk T mudah direduksi oleh litium logam, mengakibatkan kontak yang tidak stabil dengan litium logam.
LISICON juga memiliki konduktivitas ionik yang tinggi. Struktur tipikal adalah elektrolit tipe Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON untuk meningkatkan konduktivitas ionik elektrolit. Pada elektrolit tipe LISICON, sulfur digunakan sebagai pengganti oksigen, seperti Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Dan material baru lainnya, konduktivitas ionnya bisa mencapai 6,5 × 10-5S / cm.