Développement d’application de toutes les batteries au lithium à l’état mince à l’état solide

Le développement de sources d’énergie chimiques s’est déplacé dans la direction d’une énergie spécifique élevée, d’une longue durée de vie et d’une sécurité élevée. Les batteries au lithium à couche mince à l’état tout solide sont devenues le type de batteries au lithium le plus populaire. Les batteries au lithium à couche mince à l’état solide inorganiques utilisent des électrodes positives et négatives à couche mince et des électrolytes solides à film mince. La morphologie fine du film de l’électrolyte solide permet de remplacer l’électrolyte liquide par un électrolyte solide par une conductivité ionique inférieure. La morphologie fine des électrodes positives et négatives permet d’appliquer de nombreux matériaux positifs et négatifs avec de grands changements dans le volume de charge et de décharge, tels que le lithium métallique et le silicium à film mince Wait. Dans le même temps, en raison de la morphologie fine film de batteries au lithium à film mince, il est facile à traiter en batteries de la taille d’un micron, et encore plus de recherche sur les batteries de la taille nanométrique. Par conséquent, les batteries au lithium à couche mince sont non seulement devenues le point chaud de la recherche des sources d’énergie chimiques de prochaine génération, mais aussi l’inévitable recherche sur les micro-batteries. Direction du développement.

Les orientations de recherche actuelles pour les batteries au lithium à couche mince à l’état tout solide inorganique sont principalement divisées en : (1) Rechercher et développer de nouvelles structures de batterie, améliorer la capacité de la batterie par unité et la puissance de décharge, et résoudre le problème de la faible capacité unitaire et de la puissance des batteries au lithium à couche mince : (2) Recherche sur de nouveaux types d’électrolytes solides à conductivité ionique élevée pour résoudre le problème de la faible conductivité lithium-ion dans les électrolytes solides inorganiques : (3) Recherche sur de nouveaux types d’électrodes positives et négatives, afin que les électrodes positives et négatives après la formation du film aient

1. Recherche sur la structure des batteries au lithium à film mince

La batterie au lithium à film mince adopte une structure stratifiée classique, qui est simple dans la structure et facile à traiter. Cependant, afin d’améliorer encore les performances de la batterie, la recherche sur la structure de la batterie au lithium à film mince augmente progressivement, en particulier la structure 3D batterie au lithium film mince est devenu un point chaud de recherche en raison de ses attentes de bonne performance. Dans la structure 3D de la batterie au lithium à film mince, il est similaire à la structure poreuse de la batterie 3D. Ce type de batterie est traité avec de nombreux micropores régulièrement disposés sur le substrat de silicium, et la couche de barrière de diffusion Li TiN est déposée dans les micropores, puis le silicium est utilisé comme électrode négative. LiPON est électrolyte, LiCoO2 est l’électrode positive pour faire la batterie.

2. Recherche sur l’électrolyte solide inorganique

Les batteries utilisant des électrolytes solides inorganiques présentent de nombreux avantages par rapport aux batteries électrolytiques, telles que la stabilité électrochimique, la stabilité thermique, la résistance aux chocs, la résistance à l’impact, les problèmes de fuite et de pollution, et la miniaturisation facile et la formation de couches minces. Un bon électrolyte solide inorganique devrait avoir les caractéristiques suivantes : (1) Conductivité élevée du lithium-ion et conductivité électronique presque négligeable dans l’état actif du lithium et la plage de température ambiante; (2) Il doit être stable sous les réactions électrochimiques, en particulier L’interface en contact avec l’électrode négative du lithium ou de l’alliage de lithium; (3) Pour l’utiliser, l’électrolyte solide doit être respectueux de l’environnement, non toxique, peu coûteux et facile à préparer, et il est préférable que le coefficient d’expansion thermique puisse être compatible avec les électrodes des deux côtés, du moins pas trop différents.

(1) Électrolyte inorganique cristallin

À l’heure actuelle, les électrolytes inorganiques cristallins ont montré une conductivité ionique élevée dans de nombreux rapports, et ils peuvent être divisés en électrolytes solides de type NASICON, type LISICON, type Thio-LISICON, type perovskite et d’autres structures. La structure de l’électrolyte solide NASICON est généralement M[A2B3O12]. Bien que l’électrolyte NASICON ait une conductivité ionique élevée, le produit T est facilement réduit par le lithium métallique, ce qui entraîne un contact instable avec le lithium métallique.

LISICON a également une conductivité ionique élevée. Sa structure typique est Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON type électrolyte pour améliorer la conductivité ionique de l’électrolyte. Dans l’électrolyte de type LISICON, le soufre est utilisé au lieu de l’oxygène, comme Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Et d’autres nouveaux matériaux, sa conductivité ionique peut atteindre 6,5×10-5S/cm.

Les orientations de recherche actuelles pour les batteries au lithium à couche mince à l’état tout solide inorganique sont principalement divisées en : (1) Rechercher et développer de nouvelles structures de batterie, améliorer la capacité de la batterie par unité et la puissance de décharge, et résoudre le problème de la faible capacité unitaire et de la puissance des batteries au lithium à couche mince : (2) Recherche sur de nouveaux types d’électrolytes solides à conductivité ionique élevée pour résoudre le problème de la faible conductivité lithium-ion dans les électrolytes solides inorganiques : (3) Recherche sur de nouveaux types d’électrodes positives et négatives, afin que les électrodes positives et négatives après la formation du film aient

1. Recherche sur la structure des batteries au lithium à film mince

La batterie au lithium à film mince adopte une structure stratifiée classique, qui est simple dans la structure et facile à traiter. Cependant, afin d’améliorer encore les performances de la batterie, la recherche sur la structure de la batterie au lithium à film mince augmente progressivement, en particulier la structure 3D batterie au lithium film mince est devenu un point chaud de recherche en raison de ses attentes de bonne performance. Dans la structure 3D de la batterie au lithium à film mince, il est similaire à la structure poreuse de la batterie 3D. Ce type de batterie est traité avec de nombreux micropores régulièrement disposés sur le substrat de silicium, et la couche de barrière de diffusion Li TiN est déposée dans les micropores, puis le silicium est utilisé comme électrode négative. LiPON est électrolyte, LiCoO2 est l’électrode positive pour faire la batterie.

2. Recherche sur l’électrolyte solide inorganique

Les batteries utilisant des électrolytes solides inorganiques présentent de nombreux avantages par rapport aux batteries électrolytiques, telles que la stabilité électrochimique, la stabilité thermique, la résistance aux chocs, la résistance à l’impact, les problèmes de fuite et de pollution, et la miniaturisation facile et la formation de couches minces. Un bon électrolyte solide inorganique devrait avoir les caractéristiques suivantes : (1) Conductivité élevée du lithium-ion et conductivité électronique presque négligeable dans l’état actif du lithium et la plage de température ambiante; (2) Il doit être stable sous les réactions électrochimiques, en particulier L’interface en contact avec l’électrode négative du lithium ou de l’alliage de lithium; (3) Pour l’utiliser, l’électrolyte solide doit être respectueux de l’environnement, non toxique, peu coûteux et facile à préparer, et il est préférable que le coefficient d’expansion thermique puisse être compatible avec les électrodes des deux côtés, du moins pas trop différents.

(1) Électrolyte inorganique cristallin

À l’heure actuelle, les électrolytes inorganiques cristallins ont montré une conductivité ionique élevée dans de nombreux rapports, et ils peuvent être divisés en électrolytes solides de type NASICON, type LISICON, type Thio-LISICON, type perovskite et d’autres structures. La structure de l’électrolyte solide NASICON est généralement M[A2B3O12]. Bien que l’électrolyte NASICON ait une conductivité ionique élevée, le produit T est facilement réduit par le lithium métallique, ce qui entraîne un contact instable avec le lithium métallique.

LISICON a également une conductivité ionique élevée. Sa structure typique est Lisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CON type électrolyte pour améliorer la conductivité ionique de l’électrolyte. Dans l’électrolyte de type LISICON, le soufre est utilisé au lieu de l’oxygène, comme Li2GeS3, Li4GeS4, Li2ZnGeS4 Et d’autres nouveaux matériaux, sa conductivité ionique peut atteindre 6,5×10-5S/cm.