Visu cietvielu plāna plēves litija bateriju lietojumprogrammu izstrāde

Ķīmisko enerģijas avotu attīstība ir virzījusies uz augstu specifisko enerģiju, ilgu kalpošanas laiku un augstu drošību. Cietvielu plānas plēves litija baterijas ir kļuvušas par populārāko litija bateriju veidu. Neorganiskajās cietvielu plānplēves litija baterijās tiek izmantoti plānās plēves pozitīvie un negatīvie elektrodi un plānās plēves cietie elektrolīti. Cietā elektrolīta plānās plēves morfoloģija ļauj šķidro elektrolītu aizstāt ar cietu elektrolītu ar zemāku jonu vadītspēju. Pozitīvo un negatīvo elektrodu plānās plēves morfoloģija ļauj pielietot daudzus pozitīvus un negatīvus materiālus ar lielām lādiņa un izlādes tilpuma izmaiņām, piemēram, metāla litiju un plānās plēves silīciju. Tajā pašā laikā, pateicoties plānās plēves litija bateriju plānās plēves morfoloģijai, to ir viegli pārstrādāt mikrona izmēra baterijās un pat turpināt pētījumus par nano izmēra baterijām. Tāpēc plānās plēves litija baterijas ir kļuvušas ne tikai par nākamās paaudzes ķīmisko enerģijas avotu izpētes punktu, bet arī par neizbēgamiem mikroelementu pētījumiem. Attīstības virziens.

Pašreizējie neorganisko cietvielu plānplēvju litija akumulatoru pētījumu virzieni galvenokārt tiek sadalīti: (1) Pētīt un izstrādāt jaunas akumulatoru struktūras, uzlabot akumulatora ietilpību uz laukuma vienību un izlādes jaudu, kā arī atrisināt zemas vienības laukuma problēmu plānplēves litija bateriju jauda un jauda: (2) Pētījumi par jauna veida cietiem elektrolītiem ar augstu jonu vadītspēju, lai atrisinātu zemas litija jonu vadītspējas problēmu neorganiskos cietajos elektrolītos: (3) Pētījumi par jauna veida pozitīviem un negatīviem elektrodiem , lai pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem pēc filmas veidošanās būtu labāki

1. Plāno plēvju litija bateriju struktūras izpēte

Plānās plēves litija akumulators pieņem klasisku laminētu struktūru, kuras struktūra ir vienkārša un viegli apstrādājama. Tomēr, lai vēl vairāk uzlabotu akumulatora darbību, plānās plēves litija akumulatora struktūras pētījumi pamazām palielinās, it īpaši 3D struktūras plānās plēves litija akumulators ir kļuvis par izpētes punktu, pateicoties tā labajām veiktspējas cerībām. Plānās plēves litija akumulatora 3D struktūrā tas ir līdzīgs 3D akumulatora porainajai struktūrai. Šāda veida akumulators tiek apstrādāts ar daudziem regulāri sakārtotiem mikroporām uz silīcija pamatnes, un Li difūzijas barjeras slānis TiN tiek nogulsnēts mikroporās, un pēc tam silīciju izmanto kā negatīvo elektrodu. LiPON ir elektrolīts, LiCoO2 ir pozitīvais elektrods akumulatora izgatavošanai.

2. Neorganiskā cietā elektrolīta izpēte

Baterijām, kurās tiek izmantoti neorganiski cietie elektrolīti, ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar elektrolītu akumulatoriem, piemēram, elektroķīmiskā stabilitāte, termiskā stabilitāte, triecienizturība, triecienizturība, nav noplūdes un piesārņojuma problēmu, kā arī viegla miniaturizācija un plānās plēves veidošanās. Labam neorganiskam cietajam elektrolītam vajadzētu būt šādām īpašībām: (1) augsta litija jonu vadītspēja un gandrīz nenozīmīga elektroniskā vadītspēja litija aktīvajā stāvoklī un apkārtējās vides temperatūras diapazonā; (2) Tam jābūt stabilam elektroķīmiskās reakcijās, jo īpaši saskarne saskarē ar litija vai litija sakausējuma negatīvo elektrodu; (3) Lai to izmantotu, cietajam elektrolītam jābūt videi draudzīgam, netoksiskam, lētam un viegli sagatavojamam, un vislabāk ir, ka siltuma izplešanās koeficients vismaz vismaz vienā pusē atbilst elektrodiem ne pārāk atšķirīgs.

(1) Kristālisks neorganisks elektrolīts

Šobrīd kristāliskie neorganiskie elektrolīti daudzos ziņojumos ir uzrādījuši augstu jonu vadītspēju, un tos var iedalīt NASICON tipa, LISICON tipa, Thio-LISICON tipa, perovskīta tipa un citu struktūru cietajos elektrolītos. NASICON cietā elektrolīta struktūra parasti ir M [A2B3O12]. Lai gan elektrolītam NASICON ir augsta jonu vadītspēja, metāla litijs viegli samazina T produktu, kā rezultātā nestabils kontakts ar metāla litiju.

LISICON ir arī augsta jonu vadītspēja. Tās tipiskā struktūra ir Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipa elektrolīts, lai uzlabotu elektrolīta jonu vadītspēju. LISICON tipa elektrolītā skābekļa vietā tiek izmantots sērs, piemēram, Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 un citi jauni materiāli, tā jonu vadītspēja var sasniegt 6,5 × 10-5S / cm.

Pašreizējie neorganisko cietvielu plānplēvju litija akumulatoru pētījumu virzieni galvenokārt tiek sadalīti: (1) Pētīt un izstrādāt jaunas akumulatoru struktūras, uzlabot akumulatora ietilpību uz laukuma vienību un izlādes jaudu, kā arī atrisināt zemas vienības laukuma problēmu plānplēves litija bateriju jauda un jauda: (2) Pētījumi par jauna veida cietiem elektrolītiem ar augstu jonu vadītspēju, lai atrisinātu zemas litija jonu vadītspējas problēmu neorganiskos cietajos elektrolītos: (3) Pētījumi par jauna veida pozitīviem un negatīviem elektrodiem , lai pozitīvajiem un negatīvajiem elektrodiem pēc filmas veidošanās būtu labāki

1. Plāno plēvju litija bateriju struktūras izpēte

Plānās plēves litija akumulators pieņem klasisku laminētu struktūru, kuras struktūra ir vienkārša un viegli apstrādājama. Tomēr, lai vēl vairāk uzlabotu akumulatora darbību, plānās plēves litija akumulatora struktūras pētījumi pamazām palielinās, it īpaši 3D struktūras plānās plēves litija akumulators ir kļuvis par izpētes punktu, pateicoties tā labajām veiktspējas cerībām. Plānās plēves litija akumulatora 3D struktūrā tas ir līdzīgs 3D akumulatora porainajai struktūrai. Šāda veida akumulators tiek apstrādāts ar daudziem regulāri sakārtotiem mikroporām uz silīcija pamatnes, un Li difūzijas barjeras slānis TiN tiek nogulsnēts mikroporās, un pēc tam silīciju izmanto kā negatīvo elektrodu. LiPON ir elektrolīts, LiCoO2 ir pozitīvais elektrods akumulatora izgatavošanai.

2. Neorganiskā cietā elektrolīta izpēte

Baterijām, kurās tiek izmantoti neorganiski cietie elektrolīti, ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar elektrolītu akumulatoriem, piemēram, elektroķīmiskā stabilitāte, termiskā stabilitāte, triecienizturība, triecienizturība, nav noplūdes un piesārņojuma problēmu, kā arī viegla miniaturizācija un plānās plēves veidošanās. Labam neorganiskam cietajam elektrolītam vajadzētu būt šādām īpašībām: (1) augsta litija jonu vadītspēja un gandrīz nenozīmīga elektroniskā vadītspēja litija aktīvajā stāvoklī un apkārtējās vides temperatūras diapazonā; (2) Tam jābūt stabilam elektroķīmiskās reakcijās, jo īpaši saskarne saskarē ar litija vai litija sakausējuma negatīvo elektrodu; (3) Lai to izmantotu, cietajam elektrolītam jābūt videi draudzīgam, netoksiskam, lētam un viegli sagatavojamam, un vislabāk ir, ka siltuma izplešanās koeficients vismaz vismaz vienā pusē atbilst elektrodiem ne pārāk atšķirīgs.

(1) Kristālisks neorganisks elektrolīts

Šobrīd kristāliskie neorganiskie elektrolīti daudzos ziņojumos ir uzrādījuši augstu jonu vadītspēju, un tos var iedalīt NASICON tipa, LISICON tipa, Thio-LISICON tipa, perovskīta tipa un citu struktūru cietajos elektrolītos. NASICON cietā elektrolīta struktūra parasti ir M [A2B3O12]. Lai gan elektrolītam NASICON ir augsta jonu vadītspēja, metāla litijs viegli samazina T produktu, kā rezultātā nestabils kontakts ar metāla litiju.

LISICON ir arī augsta jonu vadītspēja. Tās tipiskā struktūra ir Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON tipa elektrolīts, lai uzlabotu elektrolīta jonu vadītspēju. LISICON tipa elektrolītā skābekļa vietā tiek izmantots sērs, piemēram, Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 un citi jauni materiāli, tā jonu vadītspēja var sasniegt 6,5 × 10-5S / cm.