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        【原創(chuàng)】固態(tài)電池還不了解,全固態(tài)薄膜鋰離子電池又是何方神圣?


        來源:中國(guó)粉體網(wǎng)   墨玉

        [導(dǎo)讀]  全固態(tài)薄膜鋰離子電池?fù)碛休^當(dāng)前鋰離子二次電池更小的尺寸、更高的能量密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命及更高的可靠性,目前在低電流元件的應(yīng)用上備受青睞,將成為鋰離子電池發(fā)展領(lǐng)域的重要一環(huán)。

        中國(guó)粉體網(wǎng)訊  全固態(tài)薄膜鋰離子電池?fù)碛休^當(dāng)前鋰離子二次電池更小的尺寸、更高的能量密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命及更高的可靠性,目前在低電流元件的應(yīng)用上備受青睞,將成為鋰離子電池發(fā)展領(lǐng)域的重要一環(huán)。


        全固態(tài)薄膜鋰離子電池主要由集流體薄膜、陰極薄膜、電解質(zhì)薄膜以及陽極薄膜組成,實(shí)際使用時(shí),根據(jù)需要在薄膜電池上沉積3.0~5.0μm厚度的封裝層對(duì)薄膜電池進(jìn)行保護(hù)。


        全固態(tài)薄膜鋰離子電池的分類


        根據(jù)全固態(tài)薄膜鋰離子電池采用陽極薄膜及電池結(jié)構(gòu)的不同,將全固態(tài)薄膜鋰/鋰離子電池簡(jiǎn)單分為四類:


        第一類以金屬鋰薄膜作為陽極,稱為全固態(tài)薄膜鋰電池;

        第二類以氧化物或氮化物薄膜作為陽極,被稱為全固態(tài)薄膜鋰離子電池;

        第三類為全固態(tài)薄膜 “無鋰”電池,直接以金屬集流體作為 “陽極”;

        第四類為其他結(jié)構(gòu)的鋰/鋰離子微電池。


        全固態(tài)薄膜鋰離子電池的優(yōu)點(diǎn)


        (1)可根據(jù)產(chǎn)品的要求設(shè)計(jì)任何形狀;

        (2)可組裝在不同材料的基底上;

        (3)可用標(biāo)準(zhǔn)的沉積條件實(shí)現(xiàn)薄膜電池的制備;

        (4)工作溫度窗口寬(-15—150℃);

        (5)沒有固液接觸界面,減小了固液界面電阻;

        (6)安全系數(shù)高,電池工作時(shí)沒有氣體產(chǎn)物。


        制約全固態(tài)薄膜鋰離子電池性能的因素


        目前,全固態(tài)薄膜鋰離子電池的正極材料一般采用LiCoO2、LiFePO4等較為成熟的商業(yè)化材料,尤以使用LiCoO2最多;負(fù)極則選取Sn、Si、SnO、Li2MnO4等無機(jī)單質(zhì)及化合物。但它們的實(shí)際比容量、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗過充能力仍有待進(jìn)一步提高。


        LiPON是目前研究最為廣泛、并在全固態(tài)薄膜鋰離子電池中有實(shí)際應(yīng)用的固體電解質(zhì)。如果能夠解決低成本大面積LiPON薄膜的制備技術(shù)以及開發(fā)相應(yīng)成熟的大容量電池技術(shù),則有望進(jìn)一步拓展其應(yīng)用空間。


        硫化物電解質(zhì)的研究始于1980年,但是硫化物在空氣中不穩(wěn)定,容易與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)。相應(yīng)的全固態(tài)薄膜鋰離子電池的制造需要開發(fā)專門的生產(chǎn)線。


        制約全固態(tài)薄膜鋰離子電池性能的另一瓶頸是界面問題,主要包括:


        (1)固-固界面阻抗較大。一方面與固-固接觸面積較小有關(guān);另一方面,在全固態(tài)電池制備或者充放電過程中,電解質(zhì)與電極界面化學(xué)勢(shì)與電化學(xué)勢(shì)差異驅(qū)動(dòng)的界面元素互擴(kuò)散形成的界面相導(dǎo)致的離子傳輸?shù)淖枇^大。


        (2)界面應(yīng)力問題。在充放電過程中,多數(shù)正負(fù)極材料在嵌脫鋰過程中會(huì)出現(xiàn)體積比電解質(zhì)變化大,這致使電池在充放電過程中固態(tài)電極/固態(tài)電解質(zhì)界面應(yīng)力增大,可能導(dǎo)致界面結(jié)構(gòu)破壞。


        (3)固體電解質(zhì)與電極的穩(wěn)定性問題,電解質(zhì)有可能在接觸正極或者負(fù)極的界面進(jìn)而發(fā)生氧化或者還原反應(yīng)。


        想知道關(guān)于薄膜型全固態(tài)鋰離子電池還想的更多信息嗎?歡迎參加由中國(guó)粉體網(wǎng)舉辦的“2019高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)研討會(huì)暨第三屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”,來自南京理工大學(xué)的夏暉教授將作《薄膜型全固態(tài)鋰離子電池》報(bào)告,告訴您更多關(guān)于薄膜型全固態(tài)鋰離子電池的研究進(jìn)展,期待您的到來。


        專家簡(jiǎn)介


        夏暉(教授、博士生導(dǎo)師),生于1978年,于2000年和2003年分別獲得北京科技大學(xué)無機(jī)非金屬材料專業(yè)的本科和碩士學(xué)位(導(dǎo)師李福燊)。于2007年在新加坡國(guó)立大學(xué),新加坡麻省理工學(xué)術(shù)聯(lián)盟(Singapore-MIT Alliance),微系統(tǒng)用先進(jìn)材料專業(yè)獲得博士學(xué)位。博士師從新加坡國(guó)立大學(xué)機(jī)械工程系呂力(Li Lu)教授(http://serve.me.nus.edu.sg/luli/)。博士畢業(yè)后在新加坡國(guó)立大學(xué)機(jī)械工程系從事博士后研究工作至2011年。于2011年初被引進(jìn)到南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。攻讀博士學(xué)位以來,一直從事有關(guān)能源存儲(chǔ)材料及器件的研究,研究對(duì)象主要包括二次鋰離子電池及超級(jí)電容器。


        參考來源:

        曹乾濤.全固態(tài)薄膜鋰離子電池負(fù)極和電解質(zhì)材料的研究進(jìn)展

        劉文元.全固態(tài)薄膜鋰/鋰離子電池的研究進(jìn)展

        宋杰.全固態(tài)薄膜鋰離子電池

        邵思遠(yuǎn).全固態(tài)薄膜鋰離子電池


        (中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉)

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        作者:墨玉

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