全固体薄膜リチウム電池の用途開発
Sep 15, 2020
化学動力源の開発は、高比エネルギー、長寿命、高安全性の方向に進んでいます。全固体薄膜リチウム電池は、最も人気のあるタイプのリチウム電池となっています。無機全固体薄膜リチウム電池は、薄膜の正電極と負電極、および薄膜固体電解質を使用します。固体電解質の薄膜形態は、液体電解質をより低いイオン伝導率を有する固体電解質で置き換えることを可能にする。正極と負極の薄膜形態により、金属リチウムや薄膜シリコンウェイトなど、充放電容量が大きく変化する多くの正極材料と負極材料を適用できます。同時に、薄膜リチウム電池の薄膜形態により、ミクロンサイズの電池への加工が容易であり、ナノサイズの電池へのさらなる研究も可能です。したがって、薄膜リチウム電池は、次世代化学電源の研究ホットスポットになるだけでなく、マイクロ電池の必然的な研究にもなっています。開発の方向性。
無機全固体薄膜リチウム電池の現在の研究の方向性は、主に次の2つに分けられます。薄膜リチウム電池の容量と電力：（2）無機固体電解質の低リチウムイオン伝導率の問題を解決する、高イオン伝導率の新しいタイプの固体電解質の研究：（3）新しいタイプの正極と負極の研究、成膜後の正極と負極の
1.薄膜リチウム電池の構造に関する研究
薄膜リチウム電池は、構造がシンプルで処理が簡単な古典的なラミネート構造を採用しています。しかし、電池の性能をさらに向上させるために、薄膜リチウム電池の構造に関する研究は徐々に増加しており、特に3D構造の薄膜リチウム電池は、その優れた性能期待により研究ホットスポットになっています。薄膜リチウム電池の3D構造は、3D電池の多孔質構造に似ています。この種の電池は、シリコン基板上に多数の規則的に配置されたマイクロポアで処理され、Li拡散バリア層TiNがマイクロポア内に堆積され、シリコンが負極として使用されます。 LiPONは電解質、LiCoO2は電池を作るための正極です。
2.無機固体電解質に関する研究
無機固体電解質を使用する電池は、電気化学的安定性、熱安定性、耐衝撃性、耐衝撃性、漏れや汚染の問題がないこと、小型化や薄膜形成が容易など、電解質電池よりも多くの利点があります。優れた無機固体電解質は、次の特性を備えている必要があります。 （2）電気化学反応、特にリチウムまたはリチウム合金の負極と接触する界面で安定している必要があります。 （3）使用するためには、固体電解質が環境に優しく、非毒性で、低コストで、準備が簡単である必要があり、少なくとも両側の電極と熱膨張係数を一致させることができることが最善です。あまり違いはありません。
（1）結晶性無機電解質
現在、結晶性無機電解質は多くの報告で高いイオン伝導性を示しており、NASICON型、LISICON型、Thio-LISICON型、ペロブスカイト型などの固体電解質に分類できます。 NASICON固体電解質の構造は、一般的にM [A2B3O12]です。 NASICON電解質は高いイオン伝導性を備えていますが、T積は金属リチウムによって容易に還元され、金属リチウムとの接触が不安定になります。
LISICONはまた、高いイオン伝導性を持っています。その典型的な構造は、電解質のイオン伝導性を改善するためのLisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CONタイプの電解質です。 LISICONタイプの電解質では、Li2GeS3、Li4GeS4、Li2ZnGeS4などの酸素の代わりに硫黄が使用されます。その他の新しい材料では、そのイオン伝導度は6.5×10-5S / cmに達します。
無機全固体薄膜リチウム電池の現在の研究の方向性は、主に次の2つに分けられます。薄膜リチウム電池の容量と電力：（2）無機固体電解質の低リチウムイオン伝導率の問題を解決する、高イオン伝導率の新しいタイプの固体電解質の研究：（3）新しいタイプの正極と負極の研究、成膜後の正極と負極の
1.薄膜リチウム電池の構造に関する研究
薄膜リチウム電池は、構造がシンプルで処理が簡単な古典的なラミネート構造を採用しています。しかし、電池の性能をさらに向上させるために、薄膜リチウム電池の構造に関する研究は徐々に増加しており、特に3D構造の薄膜リチウム電池は、その優れた性能期待により研究ホットスポットになっています。薄膜リチウム電池の3D構造は、3D電池の多孔質構造に似ています。この種の電池は、シリコン基板上に多数の規則的に配置されたマイクロポアで処理され、Li拡散バリア層TiNがマイクロポア内に堆積され、シリコンが負極として使用されます。 LiPONは電解質、LiCoO2は電池を作るための正極です。
2.無機固体電解質に関する研究
無機固体電解質を使用する電池は、電気化学的安定性、熱安定性、耐衝撃性、耐衝撃性、漏れや汚染の問題がないこと、小型化や薄膜形成が容易など、電解質電池よりも多くの利点があります。優れた無機固体電解質は、次の特性を備えている必要があります。 （2）電気化学反応、特にリチウムまたはリチウム合金の負極と接触する界面で安定している必要があります。 （3）使用するためには、固体電解質が環境に優しく、非毒性で、低コストで、準備が簡単である必要があり、少なくとも両側の電極と熱膨張係数を一致させることができることが最善です。あまり違いはありません。
（1）結晶性無機電解質
現在、結晶性無機電解質は多くの報告で高いイオン伝導性を示しており、NASICON型、LISICON型、Thio-LISICON型、ペロブスカイト型などの固体電解質に分類できます。 NASICON固体電解質の構造は、一般的にM [A2B3O12]です。 NASICON電解質は高いイオン伝導性を備えていますが、T積は金属リチウムによって容易に還元され、金属リチウムとの接触が不安定になります。
LISICONはまた、高いイオン伝導性を持っています。その典型的な構造は、電解質のイオン伝導性を改善するためのLisa.Zn1.GeO1sThio-LISl-CONタイプの電解質です。 LISICONタイプの電解質では、Li2GeS3、Li4GeS4、Li2ZnGeS4などの酸素の代わりに硫黄が使用されます。その他の新しい材料では、そのイオン伝導度は6.5×10-5S / cmに達します。