Visų kietojo kūno plonų plėvelių ličio baterijų programų kūrimas

Cheminių energijos šaltinių kūrimas vyko didelės specifinės energijos, ilgaamžiškumo ir aukšto saugumo kryptimi. Viso kietojo kūno plonos plėvelės ličio baterijos tapo populiariausiu ličio baterijų tipu. Neorganinėse kietojo kūno plonosios plėvelės ličio baterijose naudojami plonasluoksniai teigiami ir neigiami elektrodai bei plonasluoksniai kietieji elektrolitai. Kietojo elektrolito plonos plėvelės morfologija leidžia skystą elektrolitą pakeisti kietu elektrolitu, turinčiu mažesnį joninį laidumą. Teigiamų ir neigiamų elektrodų plonos plėvelės morfologija leidžia naudoti daug teigiamų ir neigiamų medžiagų, turinčių didelius įkrovos ir iškrovos tūrio pokyčius, pavyzdžiui, metalinį ličio ir plonos plėvelės silicio laukti. Tuo pačiu metu, dėl plonos plėvelės ličio baterijų plonos plėvelės morfologijos, ją lengva perdirbti į mikrono dydžio baterijas ir netgi toliau tirti nano dydžio baterijas. Todėl plonosios plėvelės ličio baterijos tapo ne tik naujos kartos cheminių energijos šaltinių tyrimų tašku, bet ir neišvengiamais mikroelementų tyrimais. Plėtros kryptis.

Dabartinės neorganinių kietojo kūno plonosios plėvelės ličio baterijų tyrimų kryptys daugiausia skirstomos į: (1) mokslinius tyrimus ir naujų baterijų struktūrų tyrimus, baterijų talpos ploto vienetui ir iškrovimo galios pagerinimą bei mažo ploto bloko problemą. plonos plėvelės ličio baterijų talpa ir galia: (2) Naujų kietų elektrolitų, turinčių didelį jonų laidumą, tyrimai, siekiant išspręsti mažo ličio jonų laidumo neorganiniuose kietuosiuose elektrolituose problemą: (3) Naujų teigiamų ir neigiamų elektrodų tyrimai , kad teigiami ir neigiami elektrodai po filmo susidarymo būtų geresni

1. Plonos plėvelės ličio baterijų struktūros tyrimai

Plonos plėvelės ličio baterija turi klasikinę laminuotą struktūrą, kuri yra paprastos struktūros ir lengvai apdorojama. Tačiau norint dar labiau pagerinti akumuliatoriaus veikimą, plonos plėvelės ličio baterijos struktūros tyrimai palaipsniui didėja, ypač dėl 3D struktūros plonos plėvelės ličio baterijos tapo tyrimų tašku dėl gerų jo lūkesčių. Plonos plėvelės ličio baterijos 3D struktūroje ji panaši į porėtą 3D baterijos struktūrą. Ši baterija yra apdorojama daugybe silicio pagrinde esančių reguliariai išdėstytų mikroporų, o Li difuzijos barjero sluoksnis TiN nusėda mikroporose, o tada silicis naudojamas kaip neigiamas elektrodas. LiPON yra elektrolitas, LiCoO2 yra teigiamas elektrodas akumuliatoriui gaminti.

2. Neorganinio kietojo elektrolito tyrimai

Baterijos, naudojančios neorganinius kietuosius elektrolitus, turi daug privalumų, palyginti su elektrolitų baterijomis, pavyzdžiui, elektrocheminis stabilumas, šiluminis stabilumas, atsparumas smūgiams, atsparumas smūgiams, nėra nuotėkio ir taršos problemų, taip pat lengva miniatiūrizuoti ir suformuoti ploną plėvelę. Geras neorganinis kietasis elektrolitas turėtų turėti šias charakteristikas: (1) didelis ličio jonų laidumas ir beveik nereikšmingas elektroninis laidumas ličio aktyviosios būsenos ir aplinkos temperatūros diapazone; (2) jis turi būti stabilus veikiant elektrocheminėms reakcijoms, ypač sąsajai, liečiančiai neigiamą ličio ar ličio lydinio elektrodą; (3) Norint jį naudoti, kietasis elektrolitas turi būti nekenksmingas aplinkai, netoksiškas, nebrangus ir lengvai paruošiamas, ir geriausia, kad šiluminio plėtimosi koeficientas bent jau atitiktų elektrodus iš abiejų pusių ne per daug skirtingi.

(1) Kristalinis neorganinis elektrolitas

Šiuo metu daugelyje pranešimų kristaliniai neorganiniai elektrolitai pasižymi dideliu joniniu laidumu ir juos galima suskirstyti į kietuosius NASICON, LISICON, Thio-LISICON, perovskite tipo ir kitų struktūrų elektrolitus. Kietojo elektrolito NASICON struktūra paprastai yra M [A2B3O12]. Nors NASICON elektrolitas pasižymi dideliu joniniu laidumu, metalinį ličio junginį T produktas lengvai redukuoja, todėl jis nestabiliai kontaktuoja su metaliniu ličiu.

LISICON taip pat pasižymi dideliu joniniu laidumu. Jo tipinė struktūra yra Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipo elektrolitas, siekiant pagerinti jonų elektrolito laidumą. LISICON tipo elektrolite vietoj deguonies naudojama siera, tokia kaip Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 ir kitos naujos medžiagos, jo jonų laidumas gali siekti 6,5 × 10-5S / cm.

Dabartinės neorganinių kietojo kūno plonosios plėvelės ličio baterijų tyrimų kryptys daugiausia skirstomos į: (1) mokslinius tyrimus ir naujų baterijų struktūrų tyrimus, baterijų talpos ploto vienetui ir iškrovimo galios pagerinimą bei mažo ploto bloko problemą. plonos plėvelės ličio baterijų talpa ir galia: (2) Naujų kietų elektrolitų, turinčių didelį jonų laidumą, tyrimai, siekiant išspręsti mažo ličio jonų laidumo neorganiniuose kietuosiuose elektrolituose problemą: (3) Naujų teigiamų ir neigiamų elektrodų tyrimai , kad teigiami ir neigiami elektrodai po filmo susidarymo būtų geresni

1. Plonos plėvelės ličio baterijų struktūros tyrimai

Plonos plėvelės ličio baterija turi klasikinę laminuotą struktūrą, kuri yra paprastos struktūros ir lengvai apdorojama. Tačiau norint dar labiau pagerinti akumuliatoriaus veikimą, plonos plėvelės ličio baterijos struktūros tyrimai palaipsniui didėja, ypač dėl 3D struktūros plonos plėvelės ličio baterijos tapo tyrimų tašku dėl gerų jo lūkesčių. Plonos plėvelės ličio baterijos 3D struktūroje ji panaši į porėtą 3D baterijos struktūrą. Ši baterija yra apdorojama daugybe silicio pagrinde esančių reguliariai išdėstytų mikroporų, o Li difuzijos barjero sluoksnis TiN nusėda mikroporose, o tada silicis naudojamas kaip neigiamas elektrodas. LiPON yra elektrolitas, LiCoO2 yra teigiamas elektrodas akumuliatoriui gaminti.

2. Neorganinio kietojo elektrolito tyrimai

Baterijos, naudojančios neorganinius kietuosius elektrolitus, turi daug privalumų, palyginti su elektrolitų baterijomis, pavyzdžiui, elektrocheminis stabilumas, šiluminis stabilumas, atsparumas smūgiams, atsparumas smūgiams, nėra nuotėkio ir taršos problemų, taip pat lengva miniatiūrizuoti ir suformuoti ploną plėvelę. Geras neorganinis kietasis elektrolitas turėtų turėti šias charakteristikas: (1) didelis ličio jonų laidumas ir beveik nereikšmingas elektroninis laidumas ličio aktyviosios būsenos ir aplinkos temperatūros diapazone; (2) jis turi būti stabilus veikiant elektrocheminėms reakcijoms, ypač sąsajai, liečiančiai neigiamą ličio ar ličio lydinio elektrodą; (3) Norint jį naudoti, kietasis elektrolitas turi būti nekenksmingas aplinkai, netoksiškas, nebrangus ir lengvai paruošiamas, ir geriausia, kad šiluminio plėtimosi koeficientas bent jau atitiktų elektrodus iš abiejų pusių ne per daug skirtingi.

(1) Kristalinis neorganinis elektrolitas

Šiuo metu daugelyje pranešimų kristaliniai neorganiniai elektrolitai pasižymi dideliu joniniu laidumu ir juos galima suskirstyti į kietuosius NASICON, LISICON, Thio-LISICON, perovskite tipo ir kitų struktūrų elektrolitus. Kietojo elektrolito NASICON struktūra paprastai yra M [A2B3O12]. Nors NASICON elektrolitas pasižymi dideliu joniniu laidumu, metalinį ličio junginį T produktas lengvai redukuoja, todėl jis nestabiliai kontaktuoja su metaliniu ličiu.

LISICON taip pat pasižymi dideliu joniniu laidumu. Jo tipinė struktūra yra Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipo elektrolitas, siekiant pagerinti jonų elektrolito laidumą. LISICON tipo elektrolite vietoj deguonies naudojama siera, tokia kaip Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 ir kitos naujos medžiagos, jo jonų laidumas gali siekti 6,5 × 10-5S / cm.