การพัฒนาแอพพลิเคชั่นของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบโซลิดสเตตทั้งหมด

การพัฒนาแหล่งพลังงานเคมีได้ดำเนินไปในทิศทางของพลังงานจำเพาะสูงอายุการใช้งานยาวนานและความปลอดภัยสูง แบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางโซลิดสเตตทั้งหมดกลายเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมประเภทที่ได้รับความนิยมมากที่สุด แบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบออลโซลิดสเตตอนินทรีย์ใช้อิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบแบบฟิล์มบางและอิเล็กโทรไลต์ทึบชนิดฟิล์มบาง สัณฐานวิทยาของฟิล์มบางของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งทำให้สามารถแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งที่มีค่าการนำไอออนิกต่ำกว่า สัณฐานวิทยาฟิล์มบางของขั้วบวกและขั้วลบทำให้สามารถใช้วัสดุที่เป็นบวกและลบจำนวนมากที่มีการเปลี่ยนแปลงของประจุและปริมาตรการคายประจุอย่างมากเช่นลิเธียมโลหะและซิลิคอนฟิล์มบางรอ ในขณะเดียวกันเนื่องจากสัณฐานของฟิล์มบางของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางจึงง่ายต่อการประมวลผลเป็นแบตเตอรี่ขนาดไมครอนและยังค้นคว้าเพิ่มเติมเกี่ยวกับแบตเตอรี่ขนาดนาโน ดังนั้นแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางจึงไม่เพียง แต่กลายเป็นจุดสำคัญในการวิจัยแหล่งพลังงานเคมียุคหน้าเท่านั้น แต่ยังเป็นงานวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ขนาดเล็กที่หลีกเลี่ยงไม่ได้อีกด้วย ทิศทางการพัฒนา

ทิศทางการวิจัยในปัจจุบันสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบออลโซลิดสเตตอนินทรีย์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น: (1) วิจัยและพัฒนาโครงสร้างแบตเตอรี่ใหม่ปรับปรุงความจุของแบตเตอรี่ต่อพื้นที่หน่วยและกำลังการปลดปล่อยและแก้ปัญหาพื้นที่หน่วยต่ำ ความจุและพลังของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบาง: (2) การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์แข็งชนิดใหม่ที่มีการนำไอออนิกสูงเพื่อแก้ปัญหาความสามารถในการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนต่ำในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ เพื่อให้ขั้วบวกและขั้วลบหลังการสร้างฟิล์มดีขึ้น

1. วิจัยโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบาง

แบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางใช้โครงสร้างลามิเนตแบบคลาสสิกซึ่งมีโครงสร้างเรียบง่ายและใช้งานง่าย อย่างไรก็ตามเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต่อไปการวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางจึงค่อยๆเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบโครงสร้าง 3 มิติได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยเนื่องจากความคาดหวังด้านประสิทธิภาพที่ดี ในโครงสร้าง 3 มิติของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางนั้นคล้ายกับโครงสร้างที่มีรูพรุนของแบตเตอรี่ 3 มิติ แบตเตอรี่ชนิดนี้ได้รับการประมวลผลด้วย micropores ที่จัดเรียงเป็นประจำจำนวนมากบนพื้นผิวซิลิกอนและชั้นป้องกันการแพร่กระจายของ Li TiN จะถูกสะสมไว้ใน micropores จากนั้นจึงใช้ซิลิกอนเป็นขั้วลบ LiPON เป็นอิเล็กโทรไลต์ LiCoO2 เป็นอิเล็กโทรดบวกในการสร้างแบตเตอรี่

2. การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์

แบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์มีข้อดีมากกว่าแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์เช่นความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าเสถียรภาพทางความร้อนความต้านทานการกระแทกทนต่อแรงกระแทกไม่มีปัญหาการรั่วไหลและมลพิษและการย่อขนาดและการสร้างฟิล์มบางได้ง่าย อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์ที่ดีควรมีลักษณะดังต่อไปนี้: (1) ความสามารถในการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนสูงและการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่าน้อยมากภายในสถานะที่ใช้งานของลิเธียมและช่วงอุณหภูมิโดยรอบ (2) จะต้องมีความเสถียรภายใต้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีโดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนต่อประสานที่สัมผัสกับขั้วลบของลิเธียมหรือลิเธียมอัลลอยด์ (3) ในการใช้งานอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งจะต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมปลอดสารพิษต้นทุนต่ำและง่ายต่อการเตรียมและที่ดีที่สุดคือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนจะต้องสอดคล้องกับอิเล็กโทรดทั้งสองด้านเป็นอย่างน้อย ไม่แตกต่างกันเกินไป

(1) อิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์ผลึก

ในปัจจุบันอิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์แบบผลึกแสดงให้เห็นถึงการนำไอออนิกที่สูงในหลาย ๆ รายงานและสามารถแบ่งออกเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งประเภท NASICON, ประเภทลิซิคอน, ประเภท Thio-LISICON, ชนิด perovskite และโครงสร้างอื่น โครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์แข็งของ NASICON โดยทั่วไปคือ M [A2B3O12] แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์ของ NASICON จะมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูง แต่ผลิตภัณฑ์ T จะถูกลดลงอย่างง่ายดายด้วยลิเธียมโลหะทำให้สัมผัสกับลิเธียมโลหะ

LISICON ยังมีการนำไอออนิกสูง โครงสร้างทั่วไปของมันคืออิเล็กโทรไลต์ชนิด Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON เพื่อปรับปรุงการนำอิออนของอิเล็กโทรไลต์ ในอิเล็กโทรไลต์ประเภท LISICON จะใช้กำมะถันแทนออกซิเจนเช่น Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 และวัสดุใหม่อื่น ๆ ความสามารถในการนำอิออนสูงถึง 6.5 × 10-5S / cm.

ทิศทางการวิจัยในปัจจุบันสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบออลโซลิดสเตตอนินทรีย์ส่วนใหญ่แบ่งออกเป็น: (1) วิจัยและพัฒนาโครงสร้างแบตเตอรี่ใหม่ปรับปรุงความจุของแบตเตอรี่ต่อพื้นที่หน่วยและกำลังการปลดปล่อยและแก้ปัญหาพื้นที่หน่วยต่ำ ความจุและพลังของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบาง: (2) การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์แข็งชนิดใหม่ที่มีการนำไอออนิกสูงเพื่อแก้ปัญหาความสามารถในการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนต่ำในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งอนินทรีย์ เพื่อให้ขั้วบวกและขั้วลบหลังการสร้างฟิล์มดีขึ้น

1. วิจัยโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบาง

แบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางใช้โครงสร้างลามิเนตแบบคลาสสิกซึ่งมีโครงสร้างเรียบง่ายและใช้งานง่าย อย่างไรก็ตามเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต่อไปการวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางจึงค่อยๆเพิ่มขึ้นโดยเฉพาะแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางแบบโครงสร้าง 3 มิติได้กลายเป็นจุดสนใจในการวิจัยเนื่องจากความคาดหวังด้านประสิทธิภาพที่ดี ในโครงสร้าง 3 มิติของแบตเตอรี่ลิเธียมฟิล์มบางนั้นคล้ายกับโครงสร้างที่มีรูพรุนของแบตเตอรี่ 3 มิติ แบตเตอรี่ชนิดนี้ได้รับการประมวลผลด้วย micropores ที่จัดเรียงเป็นประจำจำนวนมากบนพื้นผิวซิลิกอนและชั้นป้องกันการแพร่กระจายของ Li TiN จะถูกสะสมไว้ใน micropores จากนั้นจึงใช้ซิลิกอนเป็นขั้วลบ LiPON เป็นอิเล็กโทรไลต์ LiCoO2 เป็นอิเล็กโทรดบวกในการสร้างแบตเตอรี่

2. การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์

แบตเตอรี่ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์มีข้อดีมากกว่าแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์เช่นความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าเสถียรภาพทางความร้อนความต้านทานการกระแทกทนต่อแรงกระแทกไม่มีปัญหาการรั่วไหลและมลพิษและการย่อขนาดและการสร้างฟิล์มบางได้ง่าย อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งอนินทรีย์ที่ดีควรมีลักษณะดังต่อไปนี้: (1) ความสามารถในการนำไฟฟ้าของลิเธียมไอออนสูงและการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่าน้อยมากภายในสถานะที่ใช้งานของลิเธียมและช่วงอุณหภูมิโดยรอบ (2) จะต้องมีความเสถียรภายใต้ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีโดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนต่อประสานที่สัมผัสกับขั้วลบของลิเธียมหรือลิเธียมอัลลอยด์ (3) ในการใช้งานอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งจะต้องเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมปลอดสารพิษต้นทุนต่ำและง่ายต่อการเตรียมและที่ดีที่สุดคือค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนจะต้องสอดคล้องกับอิเล็กโทรดทั้งสองด้านเป็นอย่างน้อย ไม่แตกต่างกันเกินไป

(1) อิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์ผลึก

ในปัจจุบันอิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์แบบผลึกแสดงให้เห็นถึงการนำไอออนิกที่สูงในหลาย ๆ รายงานและสามารถแบ่งออกเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งประเภท NASICON, ประเภทลิซิคอน, ประเภท Thio-LISICON, ชนิด perovskite และโครงสร้างอื่น โครงสร้างของอิเล็กโทรไลต์แข็งของ NASICON โดยทั่วไปคือ M [A2B3O12] แม้ว่าอิเล็กโทรไลต์ของ NASICON จะมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูง แต่ผลิตภัณฑ์ T จะถูกลดลงอย่างง่ายดายด้วยลิเธียมโลหะทำให้สัมผัสกับลิเธียมโลหะ

LISICON ยังมีการนำไอออนิกสูง โครงสร้างทั่วไปของมันคืออิเล็กโทรไลต์ชนิด Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON เพื่อปรับปรุงการนำอิออนของอิเล็กโทรไลต์ ในอิเล็กโทรไลต์ประเภท LISICON จะใช้กำมะถันแทนออกซิเจนเช่น Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 และวัสดุใหม่อื่น ๆ ความสามารถในการนำอิออนสูงถึง 6.5 × 10-5S / cm.