基于保形气相化学制备的三维固态锂离子电池
化学物理
2017-09-12 v1 应用物理
摘要
薄膜固态锂基电池（TSSBs）因其使用不可燃固体电解质而具有本征安全性、循环稳定性以及易于在小尺寸下图形化而日益受到关注。然而，现有的 TSSB 制备方法仅限于平面几何结构，当电极保持足够薄以实现高面功率时，这严重限制了面能量密度。为规避此限制，我们报道了首次成功制备完全保形、形成于微机械加工硅衬底中的三维全电池 TSSBs，其深宽比高达约10，采用原子层沉积（ALD）在低温（不高于250C）下沉积所有活性电池组分。该电池采用预锂化的 LiVO 正极、极薄（40–100 nm）的 LiPON 类锂聚磷腈（LiPON）固体电解质、SnN 转换阳极，以及 Ru 和 TiN 集流体。平面全 ALD 固态电池在归一化至正极厚度时提供 37 {\mu}Ah/cm{\mu}m，并在数百次循环中仅出现 0.02% 的每周期容量损失。在三维衬底上制备全电池使面放电容量提升至最高 9.3x，同时改善了倍率性能，这与正极薄膜有限元模拟所确定的趋势吻合良好。本工作表明，ALD 优异的保形性结合常规半导体制造方法，为实现长期寻求的三维 TSSBs 提供了一条途径，其功率性能可在平面形态器件无法企及的区间内缩放。
引用
@article{arxiv.1709.02918,
title = {Three-Dimensional Solid-State Lithium-Ion Batteries Fabricated Via Conformal Vapor-Phase Chemistry},
author = {Alexander J. Pearse and Thomas E. Schmitt and Emily Sahadeo and David Stewart and Alexander C. Kozen and Konstantinos Gerasopoulos and A. Alec Talin and Sang Bok Lee and Gary Rubloff and Keith E. Gregorczyk},
journal= {arXiv preprint arXiv:1709.02918},
year = {2017}
}
备注
32 pages, 15 figures