Pembangunan Aplikasi Semua Bateri Lithium Filem Tipis Keadaan Pepejal

Perkembangan sumber tenaga kimia bergerak ke arah tenaga spesifik tinggi, umur panjang dan keselamatan tinggi. Bateri litium filem nipis dalam keadaan pepejal telah menjadi jenis bateri litium yang paling popular. Bateri litium filem nipis keadaan pepejal bukan organik menggunakan elektrod positif dan negatif filem tipis dan elektrolit pepejal filem nipis. Morfologi filem nipis elektrolit pepejal memungkinkan untuk menggantikan elektrolit cecair dengan elektrolit pepejal dengan kekonduksian ionik yang lebih rendah. Morfologi filem nipis elektrod positif dan negatif memungkinkan untuk menggunakan banyak bahan positif dan negatif dengan perubahan besar dalam jumlah cas dan pelepasan, seperti logam litium dan silikon filem nipis Tunggu. Pada masa yang sama, kerana morfologi filem nipis bateri lithium filem nipis, mudah diproses menjadi bateri bersaiz mikron, dan bahkan penyelidikan lebih lanjut mengenai bateri bersaiz nano. Oleh itu, bateri litium filem nipis bukan sahaja menjadi tempat penyelidikan sumber tenaga kimia generasi akan datang, tetapi juga penyelidikan yang tidak dapat dielakkan mengenai bateri mikro. Arah pembangunan.

Arahan penyelidikan terkini untuk bateri lithium filem nipis keadaan pepejal bukan organik terbahagi kepada: (1) Meneliti dan mengembangkan struktur bateri baru, meningkatkan kapasiti bateri per unit kawasan dan kuasa pelepasan, dan menyelesaikan masalah kawasan unit rendah kapasiti dan kuasa bateri litium filem nipis: (2) Penyelidikan jenis elektrolit pepejal baru dengan kekonduksian ion tinggi untuk menyelesaikan masalah kekonduksian ion litium rendah dalam elektrolit pepejal bukan organik: (3) Penyelidikan jenis elektrod positif dan negatif baru , supaya elektrod positif dan negatif selepas pembentukan filem menjadi lebih baik

1. Penyelidikan struktur bateri litium filem nipis

Bateri litium filem nipis menggunakan struktur berlamina klasik, yang strukturnya mudah dan senang diproses. Walau bagaimanapun, untuk meningkatkan lagi prestasi bateri, penyelidikan mengenai struktur bateri lithium filem nipis secara beransur-ansur meningkat, terutamanya bateri lithium filem nipis struktur 3D telah menjadi tempat penyelidikan kerana harapan prestasi yang baik. Dalam struktur 3D bateri litium filem nipis, ia serupa dengan struktur berliang bateri 3D. Bateri jenis ini diproses dengan banyak mikropori yang disusun secara teratur pada substrat silikon, dan lapisan penghalang penyebaran Li TiN dimasukkan ke dalam mikropori, dan kemudian silikon digunakan sebagai elektrod negatif. LiPON adalah Elektrolit, LiCoO2 adalah elektrod positif untuk membuat bateri.

2. Penyelidikan elektrolit pepejal bukan organik

Bateri yang menggunakan elektrolit pepejal bukan organik mempunyai banyak kelebihan berbanding bateri elektrolit, seperti kestabilan elektrokimia, kestabilan terma, rintangan kejutan, rintangan hentaman, tidak ada masalah kebocoran dan pencemaran, dan miniaturisasi mudah dan pembentukan filem nipis. Elektrolit pepejal bukan organik yang baik harus mempunyai ciri-ciri berikut: (1) Kekonduksian ion litium tinggi dan kekonduksian elektronik yang hampir diabaikan dalam keadaan aktif litium dan julat suhu persekitaran; (2) Ia mesti stabil di bawah tindak balas elektrokimia, terutamanya antara muka yang bersentuhan dengan elektrod negatif litium atau aloi litium; (3) Untuk menggunakannya, elektrolit pepejal mestilah mesra alam, tidak beracun, murah dan mudah disediakan, dan sebaiknya pekali pengembangan haba dapat selaras dengan elektrod di kedua sisi, sekurang-kurangnya tidak terlalu berbeza.

(1) Elektrolit bukan organik kristal

Pada masa ini, elektrolit anorganik kristal telah menunjukkan kekonduksian ionik yang tinggi dalam banyak laporan, dan ia boleh dibahagikan kepada elektrolit pepejal jenis NASICON, jenis LISICON, jenis Thio-LISICON, jenis perovskite dan struktur lain. Struktur elektrolit pepejal NASICON umumnya M [A2B3O12]. Walaupun elektrolit NASICON mempunyai kekonduksian ionik yang tinggi, produk T dengan mudah dikurangkan oleh logam litium, menyebabkan hubungan tidak stabil dengan logam litium.

LISICON juga mempunyai kekonduksian ion yang tinggi. Struktur khasnya ialah elektrolit jenis Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON untuk meningkatkan kekonduksian ion elektrolit. Dalam elektrolit jenis LISICON, belerang digunakan sebagai ganti oksigen, seperti Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Dan bahan baru yang lain, kekonduksian ionnya boleh mencapai 6.5 × 10-5S / cm.

Arahan penyelidikan terkini untuk bateri lithium filem nipis keadaan pepejal bukan organik terbahagi kepada: (1) Meneliti dan mengembangkan struktur bateri baru, meningkatkan kapasiti bateri per unit kawasan dan kuasa pelepasan, dan menyelesaikan masalah kawasan unit rendah kapasiti dan kuasa bateri litium filem nipis: (2) Penyelidikan jenis elektrolit pepejal baru dengan kekonduksian ion tinggi untuk menyelesaikan masalah kekonduksian ion litium rendah dalam elektrolit pepejal bukan organik: (3) Penyelidikan jenis elektrod positif dan negatif baru , supaya elektrod positif dan negatif selepas pembentukan filem menjadi lebih baik

1. Penyelidikan struktur bateri litium filem nipis

Bateri litium filem nipis menggunakan struktur berlamina klasik, yang strukturnya mudah dan senang diproses. Walau bagaimanapun, untuk meningkatkan lagi prestasi bateri, penyelidikan mengenai struktur bateri lithium filem nipis secara beransur-ansur meningkat, terutamanya bateri lithium filem nipis struktur 3D telah menjadi tempat penyelidikan kerana harapan prestasi yang baik. Dalam struktur 3D bateri litium filem nipis, ia serupa dengan struktur berliang bateri 3D. Bateri jenis ini diproses dengan banyak mikropori yang disusun secara teratur pada substrat silikon, dan lapisan penghalang penyebaran Li TiN dimasukkan ke dalam mikropori, dan kemudian silikon digunakan sebagai elektrod negatif. LiPON adalah Elektrolit, LiCoO2 adalah elektrod positif untuk membuat bateri.

2. Penyelidikan elektrolit pepejal bukan organik

Bateri yang menggunakan elektrolit pepejal bukan organik mempunyai banyak kelebihan berbanding bateri elektrolit, seperti kestabilan elektrokimia, kestabilan terma, rintangan kejutan, rintangan hentaman, tidak ada masalah kebocoran dan pencemaran, dan miniaturisasi mudah dan pembentukan filem nipis. Elektrolit pepejal bukan organik yang baik harus mempunyai ciri-ciri berikut: (1) Kekonduksian ion litium tinggi dan kekonduksian elektronik yang hampir diabaikan dalam keadaan aktif litium dan julat suhu persekitaran; (2) Ia mesti stabil di bawah tindak balas elektrokimia, terutamanya antara muka yang bersentuhan dengan elektrod negatif litium atau aloi litium; (3) Untuk menggunakannya, elektrolit pepejal mestilah mesra alam, tidak beracun, murah dan mudah disediakan, dan sebaiknya pekali pengembangan haba dapat selaras dengan elektrod di kedua sisi, sekurang-kurangnya tidak terlalu berbeza.

(1) Elektrolit bukan organik kristal

Pada masa ini, elektrolit anorganik kristal telah menunjukkan kekonduksian ionik yang tinggi dalam banyak laporan, dan ia boleh dibahagikan kepada elektrolit pepejal jenis NASICON, jenis LISICON, jenis Thio-LISICON, jenis perovskite dan struktur lain. Struktur elektrolit pepejal NASICON umumnya M [A2B3O12]. Walaupun elektrolit NASICON mempunyai kekonduksian ionik yang tinggi, produk T dengan mudah dikurangkan oleh logam litium, menyebabkan hubungan tidak stabil dengan logam litium.

LISICON juga mempunyai kekonduksian ion yang tinggi. Struktur khasnya ialah elektrolit jenis Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON untuk meningkatkan kekonduksian ion elektrolit. Dalam elektrolit jenis LISICON, belerang digunakan sebagai ganti oksigen, seperti Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Dan bahan baru yang lain, kekonduksian ionnya boleh mencapai 6.5 × 10-5S / cm.