薄膜鋰離子電池

   薄膜鋰離子電池是一種非常特殊的鋰離子電池。它們的運行原理本質(zhì)上和流體電解質(zhì)電池是一樣的:但是,其電極和電解質(zhì)由微米級厚度的固體薄膜組成。OPA132UA 這些薄膜通常沉積在硅、玻璃或者一些聚合物材料襯底上,堆疊后被一些密封材料密封在⊥起,如圖9.4a所示。

   薄膜鋰離子電池電解質(zhì)的厚度遠小于傳統(tǒng)電池。薄膜電池包含的固體電解質(zhì)層典型厚度為1um,而傳統(tǒng)電池的分離器正常大約⒛um。這意味著同樣尺寸薄膜電池的體積能量密度理論上應(yīng)高于傳統(tǒng)電池。 但是,因為薄膜電池的襯底(封裝)相對較厚,所以優(yōu)勢消失了。固體電解質(zhì)系統(tǒng)的第二個優(yōu)勢是避免了有機流體電解質(zhì)從而消除了漏電流風(fēng)險,因此被更廣 泛地應(yīng)用。固體電解質(zhì)在更高溫度時也更加穩(wěn)定,拓寬了其應(yīng)用范圍,同時在器件制造過程中增加了工藝步驟的靈活性。另一方面,固體電解質(zhì)有一個劣勢。因為總的來說,它們的離子電導(dǎo)率低于流體電解質(zhì),由于離子在固體電解質(zhì)中傳輸,所以會引起大的電壓下降。

    為了解決這個問題,許多研究小組提出了一個使用3D薄膜電池的方法。3D電池的目標(biāo)是增加正電極和負電極表面面積,但不增加電池的封裝面積。例如,使用多微孔襯底或者3D結(jié)構(gòu)的電極。3D電池的原理圖如圖9,4b中顯示c從這幅圖中可以看出,電池尺寸仍然是一樣的,但是電池堆疊(正電極/固體電解質(zhì)/負電極)的有效面積增加了。當(dāng)相同電流(A)施加在3D電池中,電池堆疊內(nèi)部的電流密度(Vcm2)是較低的。所以相應(yīng)的,電壓下降也會相對減小。電池電壓的增加將會導(dǎo)致3D電池相比于普通平板結(jié)構(gòu)的等價電池能量密度增加了。因此,更大的表面積將帶來更大的電極容量。容量的進一步升高將會導(dǎo)致能量密度的進一步提升。