薄膜锂离子电池

   薄膜锂离子电池是一种非常特殊的锂离子电池。它们的运行原理本质上和流体电解质电池是一样的:但是,其电极和电解质由微米级厚度的固体薄膜组成。OPA132UA 这些薄膜通常沉积在硅、玻璃或者一些聚合物材料衬底上,堆叠后被一些密封材料密封在⊥起,如图9.4a所示。

   薄膜锂离子电池电解质的厚度远小于传统电池。薄膜电池包含的固体电解质层典型厚度为1um,而传统电池的分离器正常大约⒛um。这意味着同样尺寸薄膜电池的体积能量密度理论上应高于传统电池。 但是,因为薄膜电池的衬底(封装)相对较厚,所以优势消失了。固体电解质系统的第二个优势是避免了有机流体电解质从而消除了漏电流风险,因此被更广 泛地应用。固体电解质在更高温度时也更加稳定,拓宽了其应用范围,同时在器件制造过程中增加了工艺步骤的灵活性。另一方面,固体电解质有一个劣势。因为总的来说,它们的离子电导率低于流体电解质,由于离子在固体电解质中传输,所以会引起大的电压下降。

    为了解决这个问题,许多研究小组提出了一个使用3D薄膜电池的方法。3D电池的目标是增加正电极和负电极表面面积,但不增加电池的封装面积。例如,使用多微孔衬底或者3D结构的电极。3D电池的原理图如图9,4b中显示c从这幅图中可以看出,电池尺寸仍然是一样的,但是电池堆叠(正电极/固体电解质/负电极)的有效面积增加了。当相同电流(A)施加在3D电池中,电池堆叠内部的电流密度(Vcm2)是较低的。所以相应的,电压下降也会相对减小。电池电压的增加将会导致3D电池相比于普通平板结构的等价电池能量密度增加了。因此,更大的表面积将带来更大的电极容量。容量的进一步升高将会导致能量密度的进一步提升。