Umsóknarþróun allra þunnfilmu litíum rafhlöður í solid-state

Þróun efnaaflanna hefur verið að færast í átt að mikilli sértækri orku, langri líftíma og miklu öryggi. All-solid-state þunnfilmu litíum rafhlöður hafa orðið vinsælasta tegundin af litíum rafhlöðum. Ólífræn þunnfilmu litíum rafhlöður, sem eru í heilsteypu ástandi, nota þunnfilmu jákvæða og neikvæða rafskaut og þunna filmu raflausna. Þunnfilmuformgerð fasta raflausnarins gerir það mögulegt að skipta um fljótandi raflausn fyrir fast raflausn með minni jónaleiðni. Þunnfilmuformgerð jákvæðu og neikvæðu rafskautanna gerir það mögulegt að beita mörgum jákvæðum og neikvæðum efnum með miklum breytingum á hleðslu- og útskriftarmagni, svo sem málmlitíum og þunnfilmakísil bíddu. Á sama tíma, vegna þunnrar filmuformgerðar þunnfilmu litíum rafhlöður, er auðvelt að vinna úr þeim í míkronstærðum rafhlöðum og jafnvel frekari rannsóknir á rafgeymum í nanóstærð. Þess vegna hafa þunnfilmu litíum rafhlöður ekki aðeins orðið rannsóknarreitur næstu kynslóðar efnaaflanna, heldur einnig óhjákvæmilegar rannsóknir á örrafhlöðum. Þróunarstefna.

Núverandi rannsóknarleiðbeiningar fyrir ólífræn þunnfilmu litíum rafhlöður úr heilsteyptu ástandi skiptast aðallega í: (1) Rannsóknir og þróa nýjar rafhlöðubyggingar, bæta rafhlöðugetu á flatareiningu og losunarafl og leysa vandamálið með lágt einingasvæði afkastageta og afl þunnfilmu litíum rafhlöður: (2) Rannsóknir á nýjum tegundum af föstum raflausnum með mikla jónaleiðni til að leysa vandamálið með litla litíumjónaleiðni í ólífrænum föstum raflausnum: (3) Rannsóknir á nýjum tegundum jákvæðra og neikvæðra rafskauta. , svo að jákvæðu og neikvæðu rafskautin eftir myndun kvikmynda hafi betur

1. Rannsóknir á uppbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöður

Þunnfilmu litíum rafhlaðan samþykkir klassískt lagskipt uppbyggingu, sem er einfalt í uppbyggingu og auðvelt að vinna úr. Hins vegar, til að bæta enn frekar frammistöðu rafhlöðunnar, eru rannsóknir á uppbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöðunnar smám saman að aukast, sérstaklega þrívíddar uppbygging þunnfilmu litíum rafhlaða hefur orðið rannsóknarreitur vegna góðrar frammistöðuvæntingar. Í þrívíddarbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöðunnar er það svipað og porous uppbygging þrívíddar rafhlöðunnar. Þessi tegund rafhlöðu er unnin með mörgum reglulega raðaðri örgjörvum á kísil undirlaginu og Li dreifingar hindrunarlagið TiN er komið fyrir í örgjörvunum og síðan er kísillinn notaður sem neikvæða rafskautið. LiPON er raflausn, LiCoO2 er jákvæða rafskautið sem framleiðir rafhlöðuna.

2. Rannsóknir á ólífrænum fastum raflausnum

Rafhlöður með ólífrænum föstum raflausnum hafa marga kosti umfram raflausnarafhlöður, svo sem rafefnafræðilegan stöðugleika, hitastöðugleika, höggþol, höggþol, engan leka og mengunarvandamál og auðvelda smámyndun og þunnfilmumyndun. Gott ólífrænt fast raflausn ætti að hafa eftirfarandi einkenni: (1) Há litíumjónleiðni og næstum hverfandi rafleiðni innan litíums virka ástandsins og umhverfishitastigs; (2) Það verður að vera stöðugt við rafefnafræðileg viðbrögð, sérstaklega viðmótið í snertingu við neikvæða rafskaut litíums eða litíumblöndu; (3) Til þess að nota það verður fasta raflausnin að vera umhverfisvæn, eitruð, með litlum tilkostnaði og auðveld í undirbúningi og best er að hitastækkunarstuðullinn geti verið í samræmi við rafskautin á báðum hliðum, a.m.k. ekki of mismunandi.

(1) Kristallað ólífræn raflausn

Sem stendur hafa kristölluð ólífræn raflausnir sýnt mikla jónaleiðni í mörgum skýrslum og þeim má skipta í föst raflausn af gerðinni NASICON, LISICON gerð, Thio-LISICON gerð, perovskít gerð og aðrar mannvirki. Uppbygging NASICON fastra raflausnar er almennt M [A2B3O12]. Þrátt fyrir að NASICON raflausnið hafi mikla jónaleiðni minnkar T vöran auðveldlega með málmlitíum, sem leiðir til óstöðugs snertingar við málmlitíum.

LISICON hefur einnig mikla jónaleiðni. Dæmigerð uppbygging þess er Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON raflausn til að bæta jónaleiðni raflausnarinnar. Í LISICON gerð raflausna er brennisteinn notaður í stað súrefnis, svo sem Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Og önnur ný efni, jónaleiðni þess getur náð 6,5 × 10-5S / cm.

Núverandi rannsóknarleiðbeiningar fyrir ólífræn þunnfilmu litíum rafhlöður úr heilsteyptu ástandi skiptast aðallega í: (1) Rannsóknir og þróa nýjar rafhlöðubyggingar, bæta rafhlöðugetu á flatareiningu og losunarafl og leysa vandamálið með lágt einingasvæði afkastageta og afl þunnfilmu litíum rafhlöður: (2) Rannsóknir á nýjum tegundum af föstum raflausnum með mikla jónaleiðni til að leysa vandamálið með litla litíumjónaleiðni í ólífrænum föstum raflausnum: (3) Rannsóknir á nýjum tegundum jákvæðra og neikvæðra rafskauta. , svo að jákvæðu og neikvæðu rafskautin eftir myndun kvikmynda hafi betur

1. Rannsóknir á uppbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöður

Þunnfilmu litíum rafhlaðan samþykkir klassískt lagskipt uppbyggingu, sem er einfalt í uppbyggingu og auðvelt að vinna úr. Hins vegar, til að bæta enn frekar frammistöðu rafhlöðunnar, eru rannsóknir á uppbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöðunnar smám saman að aukast, sérstaklega þrívíddar uppbygging þunnfilmu litíum rafhlaða hefur orðið rannsóknarreitur vegna góðrar frammistöðuvæntingar. Í þrívíddarbyggingu þunnfilmu litíum rafhlöðunnar er það svipað og porous uppbygging þrívíddar rafhlöðunnar. Þessi tegund rafhlöðu er unnin með mörgum reglulega raðaðri örgjörvum á kísil undirlaginu og Li dreifingar hindrunarlagið TiN er komið fyrir í örgjörvunum og síðan er kísillinn notaður sem neikvæða rafskautið. LiPON er raflausn, LiCoO2 er jákvæða rafskautið sem framleiðir rafhlöðuna.

2. Rannsóknir á ólífrænum fastum raflausnum

Rafhlöður með ólífrænum föstum raflausnum hafa marga kosti umfram raflausnarafhlöður, svo sem rafefnafræðilegan stöðugleika, hitastöðugleika, höggþol, höggþol, engan leka og mengunarvandamál og auðvelda smámyndun og þunnfilmumyndun. Gott ólífrænt fast raflausn ætti að hafa eftirfarandi einkenni: (1) Há litíumjónleiðni og næstum hverfandi rafleiðni innan litíums virka ástandsins og umhverfishitastigs; (2) Það verður að vera stöðugt við rafefnafræðileg viðbrögð, sérstaklega viðmótið í snertingu við neikvæða rafskaut litíums eða litíumblöndu; (3) Til þess að nota það verður fasta raflausnin að vera umhverfisvæn, eitruð, með litlum tilkostnaði og auðveld í undirbúningi og best er að hitastækkunarstuðullinn geti verið í samræmi við rafskautin á báðum hliðum, a.m.k. ekki of mismunandi.

(1) Kristallað ólífræn raflausn

Sem stendur hafa kristölluð ólífræn raflausnir sýnt mikla jónaleiðni í mörgum skýrslum og þeim má skipta í föst raflausn af gerðinni NASICON, LISICON gerð, Thio-LISICON gerð, perovskít gerð og aðrar mannvirki. Uppbygging NASICON fastra raflausnar er almennt M [A2B3O12]. Þrátt fyrir að NASICON raflausnið hafi mikla jónaleiðni minnkar T vöran auðveldlega með málmlitíum, sem leiðir til óstöðugs snertingar við málmlitíum.

LISICON hefur einnig mikla jónaleiðni. Dæmigerð uppbygging þess er Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON raflausn til að bæta jónaleiðni raflausnarinnar. Í LISICON gerð raflausna er brennisteinn notaður í stað súrefnis, svo sem Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Og önnur ný efni, jónaleiðni þess getur náð 6,5 × 10-5S / cm.