Datblygu Cymwysiadau Pob Batri Lithiwm Ffilm Tenau Solid

Mae datblygiad ffynonellau pŵer cemegol wedi bod yn symud i gyfeiriad egni penodol uchel, oes hir a diogelwch uchel. Mae batris lithiwm ffilm denau holl-solid-wladwriaeth wedi dod yn fath mwyaf poblogaidd o fatris lithiwm. Mae batris lithiwm ffilm denau holl-solid-wladwriaeth-wladwriaeth tenau yn defnyddio electrodau positif a negyddol ffilm denau ac electrolytau solet ffilm denau. Mae morffoleg ffilm denau yr electrolyt solet yn ei gwneud hi'n bosibl disodli'r electrolyt hylif ag electrolyt solid â dargludedd ïonig is. Mae morffoleg ffilm denau yr electrodau positif a negyddol yn ei gwneud hi'n bosibl cymhwyso llawer o ddeunyddiau positif a negyddol gyda newidiadau mawr mewn cyfaint gwefr a rhyddhau, fel lithiwm metel a ffilm tenau Aros silicon. Ar yr un pryd, oherwydd morffoleg ffilm denau batris lithiwm ffilm denau, mae'n hawdd eu prosesu i mewn i fatris maint micron, a hyd yn oed ymchwil bellach i fatris nano-faint. Felly, mae batris lithiwm ffilm denau nid yn unig wedi dod yn fan cychwyn ymchwil ffynonellau pŵer cemegol y genhedlaeth nesaf, ond hefyd yn ymchwil anochel ar ficro-fatris. Cyfeiriad y datblygiad.

Rhennir y cyfarwyddiadau ymchwil cyfredol ar gyfer batris lithiwm ffilm denau holl-solid-wladwriaeth-wladwriaeth yn bennaf yn: (1) Ymchwilio a datblygu strwythurau batri newydd, gwella cynhwysedd y batri fesul ardal uned a phwer gollwng, a datrys problem ardal uned isel. gallu a phwer batris lithiwm ffilm denau: (2) Ymchwil ar fathau newydd o electrolytau solet â dargludedd ïonig uchel i ddatrys problem dargludedd ïon lithiwm isel mewn electrolytau solid anorganig: (3) Ymchwil ar fathau newydd o electrodau positif a negyddol , fel bod yr electrodau positif a negyddol ar ôl ffurfio ffilm wedi gwella

1. Ymchwil ar strwythur batris lithiwm ffilm denau

Mae'r batri lithiwm ffilm denau yn mabwysiadu strwythur wedi'i lamineiddio'n glasurol, sy'n syml o ran strwythur ac yn hawdd ei brosesu. Fodd bynnag, er mwyn gwella perfformiad y batri ymhellach, mae'r ymchwil ar strwythur y batri lithiwm ffilm denau yn cynyddu'n raddol, yn enwedig y batri 3D mae batri lithiwm ffilm denau wedi dod yn fan problemus oherwydd ei ddisgwyliadau perfformiad da. Yn strwythur 3D y batri lithiwm ffilm denau, mae'n debyg i strwythur hydraidd y batri 3D. Mae'r math hwn o fatri yn cael ei brosesu gyda llawer o ficroporau a drefnir yn rheolaidd ar y swbstrad silicon, ac mae'r haen rhwystr trylediad Li TiN yn cael ei ddyddodi yn y microporau, ac yna defnyddir y silicon fel yr electrod negyddol. Electrolyte yw LiPON, LiCoO2 yw'r electrod positif i wneud y batri.

2. Ymchwil ar electrolyt solid anorganig

Mae gan fatris sy'n defnyddio electrolytau solet anorganig lawer o fanteision dros fatris electrolyt, megis sefydlogrwydd electrocemegol, sefydlogrwydd thermol, ymwrthedd sioc, ymwrthedd effaith, dim problemau gollwng a llygredd, a miniaturization hawdd a ffurfio ffilm denau. Dylai fod gan electrolyt solid anorganig da y nodweddion canlynol: (1) Dargludedd ïon lithiwm uchel a dargludedd electronig bron yn ddibwys o fewn y wladwriaeth weithredol lithiwm a'r ystod tymheredd amgylchynol; (2) Rhaid iddo fod yn sefydlog o dan adweithiau electrocemegol, yn enwedig Y rhyngwyneb mewn cysylltiad ag electrod negyddol aloi lithiwm neu lithiwm; (3) Er mwyn ei ddefnyddio, rhaid i'r electrolyt solid fod yn gyfeillgar i'r amgylchedd, heb fod yn wenwynig, yn gost isel ac yn hawdd i'w baratoi, a'r peth gorau yw y gall y cyfernod ehangu thermol fod yn gyson â'r electrodau ar y ddwy ochr, o leiaf ddim yn rhy wahanol.

(1) Electrolyt anorganig crisialog

Ar hyn o bryd, mae electrolytau anorganig crisialog wedi dangos dargludedd ïonig uchel mewn llawer o adroddiadau, a gellir eu rhannu'n electrolytau solid o fath NASICON, math LISICON, math Thio-LISICON, math perovskite a strwythurau eraill. Yn gyffredinol, strwythur electrolyt solid NASICON yw M [A2B3O12]. Er bod gan electrolyt NASICON ddargludedd ïonig uchel, mae'n hawdd lleihau'r cynnyrch T gan y lithiwm metel, gan arwain at gyswllt ansefydlog â'r lithiwm metel.

Mae gan LISICON ddargludedd ïonig uchel hefyd. Ei strwythur nodweddiadol yw electrolyt math Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON i wella dargludedd ïonig yr electrolyt. Mewn electrolyt math LISICON, defnyddir sylffwr yn lle ocsigen, fel Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 A deunyddiau newydd eraill, gall ei ddargludedd ïon gyrraedd 6.5 × 10-5S / cm.

Rhennir y cyfarwyddiadau ymchwil cyfredol ar gyfer batris lithiwm ffilm denau holl-solid-wladwriaeth-wladwriaeth yn bennaf yn: (1) Ymchwilio a datblygu strwythurau batri newydd, gwella cynhwysedd y batri fesul ardal uned a phwer gollwng, a datrys problem ardal uned isel. gallu a phwer batris lithiwm ffilm denau: (2) Ymchwil ar fathau newydd o electrolytau solet â dargludedd ïonig uchel i ddatrys problem dargludedd ïon lithiwm isel mewn electrolytau solid anorganig: (3) Ymchwil ar fathau newydd o electrodau positif a negyddol , fel bod yr electrodau positif a negyddol ar ôl ffurfio ffilm wedi gwella

1. Ymchwil ar strwythur batris lithiwm ffilm denau

Mae'r batri lithiwm ffilm denau yn mabwysiadu strwythur wedi'i lamineiddio'n glasurol, sy'n syml o ran strwythur ac yn hawdd ei brosesu. Fodd bynnag, er mwyn gwella perfformiad y batri ymhellach, mae'r ymchwil ar strwythur y batri lithiwm ffilm denau yn cynyddu'n raddol, yn enwedig y batri 3D mae batri lithiwm ffilm denau wedi dod yn fan problemus oherwydd ei ddisgwyliadau perfformiad da. Yn strwythur 3D y batri lithiwm ffilm denau, mae'n debyg i strwythur hydraidd y batri 3D. Mae'r math hwn o fatri yn cael ei brosesu gyda llawer o ficroporau a drefnir yn rheolaidd ar y swbstrad silicon, ac mae'r haen rhwystr trylediad Li TiN yn cael ei ddyddodi yn y microporau, ac yna defnyddir y silicon fel yr electrod negyddol. Electrolyte yw LiPON, LiCoO2 yw'r electrod positif i wneud y batri.

2. Ymchwil ar electrolyt solid anorganig

Mae gan fatris sy'n defnyddio electrolytau solet anorganig lawer o fanteision dros fatris electrolyt, megis sefydlogrwydd electrocemegol, sefydlogrwydd thermol, ymwrthedd sioc, ymwrthedd effaith, dim problemau gollwng a llygredd, a miniaturization hawdd a ffurfio ffilm denau. Dylai fod gan electrolyt solid anorganig da y nodweddion canlynol: (1) Dargludedd ïon lithiwm uchel a dargludedd electronig bron yn ddibwys o fewn y wladwriaeth weithredol lithiwm a'r ystod tymheredd amgylchynol; (2) Rhaid iddo fod yn sefydlog o dan adweithiau electrocemegol, yn enwedig Y rhyngwyneb mewn cysylltiad ag electrod negyddol aloi lithiwm neu lithiwm; (3) Er mwyn ei ddefnyddio, rhaid i'r electrolyt solid fod yn gyfeillgar i'r amgylchedd, heb fod yn wenwynig, yn gost isel ac yn hawdd i'w baratoi, a'r peth gorau yw y gall y cyfernod ehangu thermol fod yn gyson â'r electrodau ar y ddwy ochr, o leiaf ddim yn rhy wahanol.

(1) Electrolyt anorganig crisialog

Ar hyn o bryd, mae electrolytau anorganig crisialog wedi dangos dargludedd ïonig uchel mewn llawer o adroddiadau, a gellir eu rhannu'n electrolytau solid o fath NASICON, math LISICON, math Thio-LISICON, math perovskite a strwythurau eraill. Yn gyffredinol, strwythur electrolyt solid NASICON yw M [A2B3O12]. Er bod gan electrolyt NASICON ddargludedd ïonig uchel, mae'n hawdd lleihau'r cynnyrch T gan y lithiwm metel, gan arwain at gyswllt ansefydlog â'r lithiwm metel.

Mae gan LISICON ddargludedd ïonig uchel hefyd. Ei strwythur nodweddiadol yw electrolyt math Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON i wella dargludedd ïonig yr electrolyt. Mewn electrolyt math LISICON, defnyddir sylffwr yn lle ocsigen, fel Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 A deunyddiau newydd eraill, gall ei ddargludedd ïon gyrraedd 6.5 × 10-5S / cm.