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一体化薄膜固态储能器件的研究进展

   2021-12-10 1075

中国粉体网讯  近年来,随着智能手环、智能眼镜等可穿戴电子设备的逐渐流行以及微机电系统的飞速发展,人们对于锂离子电池提出的薄膜化和微型化的要求掀起了锂电界的研究热潮。柔性电化学储能器件由于其可弯曲、轻质、安全等特点,在未来柔性显示器、光伏器件、人工电子皮肤和各种智能可穿戴设备上有重要的应用前景。




薄膜型固态储能器件由聚合物或无机固态电解质与薄膜型正负极构成,具有能量密度高、安全、轻薄等特点,在未来可穿戴/柔性电子以及微电子应用等领城具有极大的潜力。具体来说,薄膜锂电池是一种全固态电池,它是通过使用各种成膜工艺在某种衬底(如玻璃、陶瓷、单晶硅片、塑料等)上沉积集流体薄膜、固体电解质薄膜、电极薄膜等制得,其厚度往往只有几微米。




薄膜型锂电池相对传统锂离子电池优势明显:




(1)可以具有柔性,能根据具体应用环境的不同制备成各种图形,特别是在可穿戴电子方面,可以根据人体不同部位的形态进行灵活设计,利于整体设备的小型化;




(2)安全性高,固态电解质不易燃烧,高温性能好,不存在漏液问题,可以简化电池的封装,提高整体的能量密度;




(3)工艺兼容性好,它的薄膜沉积、图形化、封装等工艺与集成电路制造技术比较类似,而且集成电路工艺使用的硅衬底同样是一种电极材料,有利于薄膜锂电池技术的大规模商业化;




(4)有利于基础研究,不需要使用粘结剂来提高电极薄膜在集流体上的粘附性,也不需要导电添加剂来提高活性物质之间的电子传输速度,这样就可以剥离这两种物质对电极材料本征性质的微扰,更有利于探究包括掺杂、包覆在内的改性手段对材料结构、性能的影响。




然而,(准) 固态电解质室温离子电导率低和电极-电解质界面阻抗高等严重限制了电池的实际性能。




全固态薄膜锂电池实用化的基础就是电解质的固态化和薄膜化,可以说固态电解质是固态电池正常工作得以保证的心脏。




为深入探究固态电解质,了解薄膜型固态锂电池。2022年1月7-8日,由中国粉体网主办的“第三届高比能固态电池关键材料技术大会”将于湖北武汉东方建国大酒店举办,届时将邀请来自武汉理工大学的刘金平教授作《一体化薄膜固态储能器件》报告。报告主讲人将汇报课题组在三维阵列薄膜电极及聚合物电解质方面的进展;进一步设计3D电极-聚合物电解质一体化器件结构,通过聚合物电解质的原位成膜,极大增加了电极-电解质界面接触面积、减小了界面势垒、增强了界面稳定性,显著提高了器件性能。所得储能器件的比容量和倍率性能均明显优于传统三明治结构的器件,并基本趋近液态电解质情况。








个人简历:




刘金平,武汉理工大学首席教授/博士生导师、英国皇家化学学会会士(FRSC)、湖北省“杰出青年基金”获得者、科技部创新人才推进计划重点领域“高效能源转换与存储无机材料创新团队”核心成员,长期从事固态电化学与储能器件研究。迄今发表SCI论文~160篇,SCI他引17000余次。主持了国家重点研发计划重点专项子课题、国家自然科学面上基金等项目10余项,授权发明专利近10项,出版中英文专著(章节)3部。获湖北省自然科学奖、全球高被引科学家、中国高被引学者等荣誉。现任湖北省新能源动力电池工程技术研究中心副主任,中国功能材料学会理事,中国颗粒学会青年理事,中国电工技术学会高级会员,澳大利亚国家研究基金委桂冠教授等评审专家,国家及部分省级科技奖/基金/重大专项评审(会评)专家,5本国际英文期刊副编或编委。



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