Kaikkien puolijohdekalvojen litiumparistojen sovelluskehitys

Kemiallisten voimanlähteiden kehitys on edennyt korkean ominaisenergian, pitkän käyttöiän ja korkean turvallisuuden suuntaan. Puolijohdekalvoista litiumparistoista on tullut suosituin litiumparisto. Epäorgaanisissa täysin kiinteässä tilassa olevissa ohutkalvolitiumparistoissa käytetään ohutkalvopositiivisia ja negatiivisia elektrodeja sekä ohutkalvomaisia ​​kiinteitä elektrolyyttejä. Kiinteän elektrolyytin ohutkalvomorfologia antaa mahdollisuuden korvata nestemäinen elektrolyytti kiinteällä elektrolyytillä, jolla on pienempi ionijohtavuus. Positiivisten ja negatiivisten elektrodien ohutkalvomorfologia mahdollistaa useiden positiivisten ja negatiivisten materiaalien levittämisen suurilla varauksen ja purkautumistilavuuden muutoksilla, kuten metallilitium ja ohutkalvopiidi-odotus. Samanaikaisesti ohutkalvoisten litiumparistojen ohutkalvomorfologian vuoksi se on helppo käsitellä mikronikokoisiksi pareiksi ja jopa lisätutkimuksia nanokokoisiksi pareiksi. Siksi ohutkalvoisista litiumparistoista ei ole tullut vain seuraavan sukupolven kemiallisten virtalähteiden tutkimuskohde, vaan myös väistämätön mikroparistojen tutkimus. Kehityksen suunta.

Epäorgaanisten täysin kiinteiden tilojen ohutkalvo-litiumparistojen nykyiset tutkimusohjeet on jaettu pääasiassa: (1) Tutkitaan ja kehitetään uusia akkurakenteita, parannetaan akun kapasiteettia pinta-alayksikköä kohden ja purkutehoa sekä ratkaistaan ​​matalan yksikön alueen ongelma ohutkalvojen litiumparistojen kapasiteetti ja teho: (2) Uuden tyyppisten kiinteiden elektrolyyttien tutkimus, joilla on korkea ionijohtavuus, epäorgaanisten kiinteiden elektrolyyttien matalan litiumionijohtokyvyn ongelman ratkaisemiseksi: (3) Uudentyyppisten positiivisten ja negatiivisten elektrodien tutkimus , niin että positiivisilla ja negatiivisilla elektrodeilla on parempi kalvon muodostumisen jälkeen

1. Ohutkalvojen litiumparistojen rakenteen tutkimus

Ohutkalvon litiumparisto käyttää klassista laminoitua rakennetta, joka on rakenteeltaan yksinkertainen ja helppo käsitellä. Akun suorituskyvyn parantamiseksi entisestään ohutkalvon litiumpariston rakennetta koskeva tutkimus on vähitellen lisääntymässä, varsinkin 3D-rakenteen ohutkalvon litiumakusta on tullut tutkimuskohde hyvien suorituskykyodotustensa vuoksi. Ohutkalvon litiumpariston 3D-rakenteessa se on samanlainen kuin 3D-pariston huokoinen rakenne. Tämän tyyppistä akkua käsitellään monilla säännöllisesti järjestetyillä mikrohuokosilla piialustalla, ja Li-diffuusionestokerros TiN kerrostuu mikrohuokosiin ja sitten piitä käytetään negatiivisena elektrodina. LiPON on elektrolyytti, LiCoO2 on positiivinen elektrodi akun valmistamiseksi.

2. Epäorgaanisen kiinteän elektrolyytin tutkimus

Epäorgaanisia kiinteitä elektrolyyttejä käyttävillä paristoilla on monia etuja elektrolyyttiparistoihin verrattuna, kuten sähkökemiallinen vakaus, lämpöstabiilisuus, iskunkestävyys, iskunkestävyys, ei vuoto- ja saastumisongelmia sekä helppo miniatyyrointi ja ohutkalvon muodostuminen. Hyvällä epäorgaanisella kiinteällä elektrolyytillä tulisi olla seuraavat ominaisuudet: (1) korkea litiumionien johtavuus ja melkein vähäinen elektroninen johtavuus litiumin aktiivisessa tilassa ja ympäristön lämpötila-alueella; (2) Sen on oltava vakaa sähkökemiallisissa reaktioissa, erityisesti liitäntä kosketuksessa litiumin tai litiumseoksen negatiivisen elektrodin kanssa; (3) Sen käyttämiseksi kiinteän elektrolyytin on oltava ympäristöystävällinen, myrkytön, edullinen ja helppo valmistaa, ja on parasta, että lämpölaajenemiskerroin voi olla vähintäänkin molemmin puolin olevien elektrodien mukainen ei liian erilainen.

(1) Kiteinen epäorgaaninen elektrolyytti

Tällä hetkellä kiteisillä epäorgaanisilla elektrolyytteillä on ollut suuri ionijohtavuus monissa raporteissa, ja ne voidaan jakaa kiinteisiin elektrolyytteihin, jotka ovat NASICON-, LISICON-, Thio-LISICON-, perovskiittityyppisiä ja muita rakenteita. Kiinteän NASICON-elektrolyytin rakenne on yleensä M [A2B3O12]. Vaikka NASICON-elektrolyytillä on korkea ionijohtavuus, metallilitium vähentää T-tuotetta helposti, mikä johtaa epävakaaseen kosketukseen metallilitiumin kanssa.

LISICONilla on myös korkea ionijohtavuus. Sen tyypillinen rakenne on Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON-tyyppinen elektrolyytti elektrolyytin ionijohtavuuden parantamiseksi. LISICON-tyyppisessä elektrolyytissä happea käytetään rikkiä, kuten Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 ja muita uusia materiaaleja, sen ionijohtavuus voi nousta 6,5 ​​× 10-5S / cm.

Epäorgaanisten täysin kiinteiden tilojen ohutkalvo-litiumparistojen nykyiset tutkimusohjeet on jaettu pääasiassa: (1) Tutkitaan ja kehitetään uusia akkurakenteita, parannetaan akun kapasiteettia pinta-alayksikköä kohden ja purkutehoa sekä ratkaistaan ​​matalan yksikön alueen ongelma ohutkalvojen litiumparistojen kapasiteetti ja teho: (2) Uuden tyyppisten kiinteiden elektrolyyttien tutkimus, joilla on korkea ionijohtavuus, epäorgaanisten kiinteiden elektrolyyttien matalan litiumionijohtokyvyn ongelman ratkaisemiseksi: (3) Uudentyyppisten positiivisten ja negatiivisten elektrodien tutkimus , niin että positiivisilla ja negatiivisilla elektrodeilla on parempi kalvon muodostumisen jälkeen

1. Ohutkalvojen litiumparistojen rakenteen tutkimus

Ohutkalvon litiumparisto käyttää klassista laminoitua rakennetta, joka on rakenteeltaan yksinkertainen ja helppo käsitellä. Akun suorituskyvyn parantamiseksi entisestään ohutkalvon litiumpariston rakennetta koskeva tutkimus on vähitellen lisääntymässä, varsinkin 3D-rakenteen ohutkalvon litiumakusta on tullut tutkimuskohde hyvien suorituskykyodotustensa vuoksi. Ohutkalvon litiumpariston 3D-rakenteessa se on samanlainen kuin 3D-pariston huokoinen rakenne. Tämän tyyppistä akkua käsitellään monilla säännöllisesti järjestetyillä mikrohuokosilla piialustalla, ja Li-diffuusionestokerros TiN kerrostuu mikrohuokosiin ja sitten piitä käytetään negatiivisena elektrodina. LiPON on elektrolyytti, LiCoO2 on positiivinen elektrodi akun valmistamiseksi.

2. Epäorgaanisen kiinteän elektrolyytin tutkimus

Epäorgaanisia kiinteitä elektrolyyttejä käyttävillä paristoilla on monia etuja elektrolyyttiparistoihin verrattuna, kuten sähkökemiallinen vakaus, lämpöstabiilisuus, iskunkestävyys, iskunkestävyys, ei vuoto- ja saastumisongelmia sekä helppo miniatyyrointi ja ohutkalvon muodostuminen. Hyvällä epäorgaanisella kiinteällä elektrolyytillä tulisi olla seuraavat ominaisuudet: (1) korkea litiumionien johtavuus ja melkein vähäinen elektroninen johtavuus litiumin aktiivisessa tilassa ja ympäristön lämpötila-alueella; (2) Sen on oltava vakaa sähkökemiallisissa reaktioissa, erityisesti liitäntä kosketuksessa litiumin tai litiumseoksen negatiivisen elektrodin kanssa; (3) Sen käyttämiseksi kiinteän elektrolyytin on oltava ympäristöystävällinen, myrkytön, edullinen ja helppo valmistaa, ja on parasta, että lämpölaajenemiskerroin voi olla vähintäänkin molemmin puolin olevien elektrodien mukainen ei liian erilainen.

(1) Kiteinen epäorgaaninen elektrolyytti

Tällä hetkellä kiteisillä epäorgaanisilla elektrolyytteillä on ollut suuri ionijohtavuus monissa raporteissa, ja ne voidaan jakaa kiinteisiin elektrolyytteihin, jotka ovat NASICON-, LISICON-, Thio-LISICON-, perovskiittityyppisiä ja muita rakenteita. Kiinteän NASICON-elektrolyytin rakenne on yleensä M [A2B3O12]. Vaikka NASICON-elektrolyytillä on korkea ionijohtavuus, metallilitium vähentää T-tuotetta helposti, mikä johtaa epävakaaseen kosketukseen metallilitiumin kanssa.

LISICONilla on myös korkea ionijohtavuus. Sen tyypillinen rakenne on Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON-tyyppinen elektrolyytti elektrolyytin ionijohtavuuden parantamiseksi. LISICON-tyyppisessä elektrolyytissä happea käytetään rikkiä, kuten Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 ja muita uusia materiaaleja, sen ionijohtavuus voi nousta 6,5 ​​× 10-5S / cm.