توسعه برنامه همه باتری های لیتیوم فیلم نازک حالت جامد

توسعه منابع انرژی شیمیایی در جهت انرژی خاص بالا ، عمر طولانی و ایمنی بالا پیش رفته است. باتری های لیتیوم فیلم نازک تمام حالت جامد به محبوب ترین نوع باتری های لیتیوم تبدیل شده اند. باتری های لیتیوم فیلم نازک تمام حالت غیرآلی از الکترودهای مثبت و منفی فیلم نازک و الکترولیت های جامد لایه نازک استفاده می کنند. مورفولوژی لایه نازک الکترولیت جامد امکان جایگزینی الکترولیت مایع با الکترولیت جامد با هدایت یونی پایین را فراهم می کند. مورفولوژی لایه نازک الکترودهای مثبت و منفی امکان استفاده از بسیاری از مواد مثبت و منفی را با تغییرات زیادی در حجم بار و تخلیه فراهم می کند ، مانند لیتیوم فلز و سیلیکون فیلم نازک Wait. در همان زمان ، به دلیل مورفولوژی فیلم نازک باتری های لایه نازک باتری لیتیوم ، پردازش آن در باتری های اندازه میکرون و حتی تحقیقات بیشتر در مورد باتری های اندازه نانو آسان است. بنابراین ، باتری های لیتیوم با لایه نازک نه تنها به کانون تحقیق در مورد منابع انرژی شیمیایی نسل بعدی تبدیل شده اند ، بلکه به تحقیق اجتناب ناپذیری در مورد باتری های میکرو تبدیل شده اند. جهت توسعه.

دستورالعمل های تحقیقاتی فعلی برای باتری های لیتیوم فیلم نازک حالت جامد معدنی عمدتا به موارد زیر تقسیم می شوند: ظرفیت و قدرت باتری های لیتیوم فیلم نازک: (2) تحقیق در مورد انواع جدید الکترولیت های جامد با هدایت یونی بالا برای حل مشکل رسانایی یون لیتیوم کم در الکترولیت های جامد غیر آلی: (3) تحقیق در مورد انواع جدید الکترودهای مثبت و منفی ، به طوری که الکترودهای مثبت و منفی بعد از تشکیل فیلم بهتر می شوند

1. تحقیق در مورد ساختار باتری های لیتیوم فیلم نازک

باتری لیتیوم از لایه نازک یک ساختار ورقه ای کلاسیک را تصویب می کند ، ساختار ساده ای دارد و پردازش آن آسان است. با این حال ، به منظور بهبود بیشتر عملکرد باتری ، تحقیقات در مورد ساختار باتری لیتیوم فیلم نازک به تدریج در حال افزایش است ، به خصوص باتری لیتیوم فیلم نازک با ساختار سه بعدی به دلیل انتظارات عملکرد خوب ، به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده است. در ساختار سه بعدی باتری لیتیوم فیلم نازک ، شبیه ساختار متخلخل باتری سه بعدی است. این نوع باتری با بسیاری از میکروپورهای مرتب شده روی بستر سیلیکون پردازش می شود و لایه مانع نفوذ Li TiN در میکروپورها رسوب می کند و سپس از سیلیسیم به عنوان الکترود منفی استفاده می شود. LiPON الکترولیت است ، LiCoO2 الکترود مثبت ساخت باتری است.

2. تحقیق در مورد الکترولیت جامد معدنی

باتری هایی که از الکترولیت های جامد معدنی استفاده می کنند ، مزایای بسیاری نسبت به باتری های الکترولیت دارند ، از جمله ثبات الکتروشیمیایی ، ثبات حرارتی ، مقاومت در برابر ضربه ، مقاومت در برابر ضربه ، عدم نشت و مشکلات آلودگی و کوچک سازی آسان و تشکیل لایه نازک. یک الکترولیت جامد معدنی خوب باید دارای ویژگی های زیر باشد: (1) هدایت یونی لیتیوم بالا و هدایت الکترونیکی تقریبا ناچیز در حالت فعال لیتیوم و دامنه دمای محیط. (2) باید تحت واکنشهای الکتروشیمیایی پایدار باشد ، به خصوص رابط در تماس با الکترود منفی لیتیوم یا آلیاژ لیتیوم. (3) برای استفاده از آن ، الکترولیت جامد باید سازگار با محیط زیست ، غیر سمی ، کم هزینه و آماده سازی آن آسان باشد و بهتر است حداقل ضریب انبساط حرارتی با الکترودهای دو طرف سازگار باشد خیلی متفاوت نیست

(1) الکترولیت معدنی بلوری

در حال حاضر ، الکترولیتهای معدنی بلوری هدایت یونی بالایی را در بسیاری از گزارشات نشان داده اند و آنها را می توان به الکترولیتهای جامد از نوع NASICON ، نوع LISICON ، نوع Thio-LISICON ، نوع پروسکیت و سایر ساختارها تقسیم کرد. ساختار الکترولیت جامد NASICON به طور کلی M [A2B3O12] است. اگرچه الکترولیت NASICON از هدایت یونی بالایی برخوردار است ، محصول T به راحتی توسط فلز لیتیوم کاهش می یابد و در نتیجه تماس ناپایدار با لیتیوم فلز ایجاد می شود.

LISICON از هدایت یونی بالایی نیز برخوردار است. ساختار معمولی آن الکترولیت نوع Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON برای بهبود هدایت یونی الکترولیت است. در الکترولیت نوع LISICON از گوگرد به جای اکسیژن استفاده می شود ، مانند Li2GeS3 ، Li4GeS4 ، Li2ZnGeS4 و سایر مواد جدید ، هدایت یونی آن می تواند به 5/6 × 10-5S / cm برسد.

دستورالعمل های تحقیقاتی فعلی برای باتری های لیتیوم فیلم نازک حالت جامد معدنی عمدتا به موارد زیر تقسیم می شوند: ظرفیت و قدرت باتری های لیتیوم فیلم نازک: (2) تحقیق در مورد انواع جدید الکترولیت های جامد با هدایت یونی بالا برای حل مشکل رسانایی یون لیتیوم کم در الکترولیت های جامد غیر آلی: (3) تحقیق در مورد انواع جدید الکترودهای مثبت و منفی ، به طوری که الکترودهای مثبت و منفی بعد از تشکیل فیلم بهتر می شوند

1. تحقیق در مورد ساختار باتری های لیتیوم فیلم نازک

باتری لیتیوم از لایه نازک یک ساختار ورقه ای کلاسیک را تصویب می کند ، ساختار ساده ای دارد و پردازش آن آسان است. با این حال ، به منظور بهبود بیشتر عملکرد باتری ، تحقیقات در مورد ساختار باتری لیتیوم فیلم نازک به تدریج در حال افزایش است ، به خصوص باتری لیتیوم فیلم نازک با ساختار سه بعدی به دلیل انتظارات عملکرد خوب ، به یک کانون تحقیقاتی تبدیل شده است. در ساختار سه بعدی باتری لیتیوم فیلم نازک ، شبیه ساختار متخلخل باتری سه بعدی است. این نوع باتری با بسیاری از میکروپورهای مرتب شده روی بستر سیلیکون پردازش می شود و لایه مانع نفوذ Li TiN در میکروپورها رسوب می کند و سپس از سیلیسیم به عنوان الکترود منفی استفاده می شود. LiPON الکترولیت است ، LiCoO2 الکترود مثبت ساخت باتری است.

2. تحقیق در مورد الکترولیت جامد معدنی

باتری هایی که از الکترولیت های جامد معدنی استفاده می کنند ، مزایای بسیاری نسبت به باتری های الکترولیت دارند ، از جمله ثبات الکتروشیمیایی ، ثبات حرارتی ، مقاومت در برابر ضربه ، مقاومت در برابر ضربه ، عدم نشت و مشکلات آلودگی و کوچک سازی آسان و تشکیل لایه نازک. یک الکترولیت جامد معدنی خوب باید دارای ویژگی های زیر باشد: (1) هدایت یونی لیتیوم بالا و هدایت الکترونیکی تقریبا ناچیز در حالت فعال لیتیوم و دامنه دمای محیط. (2) باید تحت واکنشهای الکتروشیمیایی پایدار باشد ، به خصوص رابط در تماس با الکترود منفی لیتیوم یا آلیاژ لیتیوم. (3) برای استفاده از آن ، الکترولیت جامد باید سازگار با محیط زیست ، غیر سمی ، کم هزینه و آماده سازی آن آسان باشد و بهتر است حداقل ضریب انبساط حرارتی با الکترودهای دو طرف سازگار باشد خیلی متفاوت نیست

(1) الکترولیت معدنی بلوری

در حال حاضر ، الکترولیتهای معدنی بلوری هدایت یونی بالایی را در بسیاری از گزارشات نشان داده اند و آنها را می توان به الکترولیتهای جامد از نوع NASICON ، نوع LISICON ، نوع Thio-LISICON ، نوع پروسکیت و سایر ساختارها تقسیم کرد. ساختار الکترولیت جامد NASICON به طور کلی M [A2B3O12] است. اگرچه الکترولیت NASICON از هدایت یونی بالایی برخوردار است ، محصول T به راحتی توسط فلز لیتیوم کاهش می یابد و در نتیجه تماس ناپایدار با لیتیوم فلز ایجاد می شود.

LISICON از هدایت یونی بالایی نیز برخوردار است. ساختار معمولی آن الکترولیت نوع Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON برای بهبود هدایت یونی الکترولیت است. در الکترولیت نوع LISICON از گوگرد به جای اکسیژن استفاده می شود ، مانند Li2GeS3 ، Li4GeS4 ، Li2ZnGeS4 و سایر مواد جدید ، هدایت یونی آن می تواند به 5/6 × 10-5S / cm برسد.