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上和流體電解質電池是一樣的:但是,其電極和電解質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的厚度遠小于傳統電池。薄膜電池包含的固體電解質層典型厚度為1um,而傳統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高于傳統電池。 但是,因為薄膜電池的襯底(封裝)相對較厚,所以優勢消失了。固體電解質系統的第二個優勢是避免了有機流體電解質從而消除了漏電流風險,因此被更廣 泛地應用。固體電解質在更高溫度時也更加穩定,拓寬了其應用范圍,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,固體電解質有一個劣勢。因為總的來說,它們的離子電導率低于流體電解質,由于離子在固體電解質中傳輸,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結構的電極。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/負電極)的有效面積增加了。當相同電流(A)施加在3D電池中,電池堆疊內部的電流密度(Vcm2)是較低的。所以相應的,電壓下降也會相對減小。電池電壓的增加將會導致3D電池相比于普通平板結構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致能量密度的進一步提升。