目前,固態(tài)薄膜電池的研究主要集中在低阻抗電極/電解質(zhì)界面的構(gòu)建和高離子電導(dǎo)率固體電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)。介紹了固態(tài)薄膜電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和離子傳輸機(jī)理,在此基礎(chǔ)上討論了負(fù)極膜、正極膜和固體電解質(zhì)膜的研究進(jìn)展,最后總結(jié)了電極/電解質(zhì)界面問(wèn)題及其改進(jìn)策略。 

【文章來(lái)源】：硅酸鹽學(xué)報(bào). 2020,48(10)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：15 頁(yè)

【部分圖文】：

固態(tài)薄膜電池結(jié)構(gòu)[1]

Nakazawa等[7]采用直流濺射和射頻濺射的方法，制備出直立式的固態(tài)薄膜電池。如圖2b所示，直立結(jié)構(gòu)采用逐層依次沉積的方式，各功能層尺寸相近，保證了有效接觸面積的最大化，從而使固態(tài)薄膜電池的能量密度及循環(huán)壽命得到大幅提升。此外，較大的正負(fù)極膜層面積便于固態(tài)薄膜電池的連接使用。由于正負(fù)極與電解質(zhì)層接觸面積較大且尺寸相近，直立結(jié)構(gòu)的固態(tài)薄膜電池極易產(chǎn)生短路，不易封裝，因此對(duì)功能層的均勻性及薄膜致密度要求較高，難以應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究與實(shí)際生產(chǎn)。包裹結(jié)構(gòu)及直立結(jié)構(gòu)的固態(tài)薄膜電池受限于平面幾何結(jié)構(gòu)，無(wú)法滿足近年來(lái)快速發(fā)展的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、微型醫(yī)療器械、傳感器等領(lǐng)域?qū)ξ㈦娫吹男枨�，因此人們提出�?D固態(tài)薄膜電池的概念。3D固態(tài)薄膜電池通過(guò)獨(dú)特的構(gòu)架設(shè)計(jì)，增大了電極堆積密度及界面接觸面積，并縮短了鋰離子擴(kuò)散距離，從而提升電池能量密度、充放電速率及機(jī)械特性，為電池與微器件的一體化應(yīng)用提供有效的解決方式。3D結(jié)構(gòu)根據(jù)其形態(tài)不同可分為微孔狀、叉指狀、陣列狀及纖維狀。

叉指狀3D固態(tài)薄膜電池由Wang等[10]于2004年首次提出，在Si/Si O2襯底上涂覆光刻膠，經(jīng)過(guò)曝光、顯影及堅(jiān)膜后得到叉指狀圖形，在其表面沉積各功能層即可得到叉指狀3D固態(tài)薄膜電池(圖3b)。叉指結(jié)構(gòu)可制成多種形貌，能包覆不同的活性材料，且光刻工藝較為成熟，適合工業(yè)化生產(chǎn)，但存在放電不均勻，漏電流較大等問(wèn)題。陣列狀3D固態(tài)薄膜電池是在覆蓋微/介孔模板的平面襯底上，通過(guò)薄膜制備技術(shù)沉積集流體和電極層，獲得自支撐的陣列狀3D結(jié)構(gòu)，去除模板后繼續(xù)沉積固體電解質(zhì)及電極功能層，最終制備得陣列狀3D固態(tài)薄膜電池。陣列狀結(jié)構(gòu)有效增加了電極與固體電解質(zhì)間的接觸面積，但由于納米棒分布密集且較為脆弱，在大電流下進(jìn)行充放電容易造成局部破壞。如圖4a所示，Wang等[10]通過(guò)掩膜法制備出高縱橫比(約10:1)的碳柱，碳柱具有均勻分布及良好的輪廓，所形成的C-MEMS陣列電極表現(xiàn)出優(yōu)異的可逆脫嵌鋰的能力。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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