The invention belongs to the technical field of lithium-ion batteries, in particular to a thin-film solid-state lithium battery based on a three-dimensional ion/electron conductor hybrid network, which comprises a substrate arranged successively from bottom to top, a positive collector, a thick-film positive electrode, a solid-state electrolyte, a negative electrode and a negative collector, and is characterized by being provided in the thick-film positive electrode. A three-dimensional ion/electron conductor hybrid network is arranged in an array composed of an ion conductor column and an electron conductor column. The ion conductor column is connected with a solid electrolyte and the electron conductor column is connected with a cathode collector. By constructing a three-dimensional ion/electron conductor hybrid network in the cathode film, the invention enhances the ionic and electronic conductivity of the thick film cathode, enhances the capacity of the thin film battery, further enhances its energy density, and improves the rate performance of the thin film battery; and effectively expands the application field of the thin film lithium battery.
【技术实现步骤摘要】
基于3维离子/电子导体混合网络的薄膜固态锂电池
本专利技术属于锂离子电池
,尤其涉及通过构建3维离子/电子导体混合网络的正极薄膜,实现较厚正极薄膜的高效利用,提高薄膜锂电池的容量和能量密度。
技术介绍
上世纪90年代SONY公司开发第一代商用锂离子电池以来,由于锂离子电池具有高能量密度和输出工作电压的优点,被广泛用于数码电子产品、电动汽车及大规模储能等方面。使用有机电解液的传统锂离子电池在过充、短路等状态下,存在起火爆炸的问题,将有机电解液替换为固态电解质将彻底解决这一问题。目前固态锂电池的制备工艺主要分为粉料陶瓷工艺和半导体薄膜工艺两种,其中粉料陶瓷工艺存在烧结工艺温度高、电解质颗粒与颗粒之间界面电阻大等问题,增加了其产业化的难度:而半导体薄膜工艺制备的“三明治”叠层结构固态锂电池存在容量低的问题,限制了其应用范围。目前有文献报道通过改进电池结构,增大单位体积电池面积的方式提高薄膜固态锂电池容量和能量密度,例如英文文献“NottenP,RoozeboomF,NiessenR,etal.3‐DIntegratedAll‐Solid‐StateRechargeableBatteries[J].AdvancedMaterials,2007,19(24):4564-4567.”中公开通过刻蚀的方式制备3D锂离子电池,相比于传统二维薄膜锂电池其体积能量提升了25倍;但是正极只含有正极活性物质,不含有电子和离子传导介质,限制了正极层的厚度。因此,在不降低活性材料利用率的前提下,如何提高正极活性材料数量将是拓宽薄膜固态锂电池应用范围的关键。
技术实现思路
本专利技术 ...
【技术保护点】
1.基于3维离子/电子导体混合网络的薄膜固态锂电池,包括从下往上依次层叠设置的衬底、正极集流体、厚膜正极、固态电解质、负极及负极集流体,其特征在于,所述厚膜正极中设置有3维离子/电子导体混合网络,所述3维离子/电子导体混合网络呈阵列排布、由离子导体柱与电子导体柱交替排列构成,其中,离子导体柱与固态电解质连接,电子导体柱与正极集流体连接。
【技术特征摘要】
1.基于3维离子/电子导体混合网络的薄膜固态锂电池,包括从下往上依次层叠设置的衬底、正极集流体、厚膜正极、固态电解质、负极及负极集流体,其特征在于,所述厚膜正极中设置有3维离子/电子导体混合网络,所述3维离子/电子导体混合网络呈阵列排布、由离子导体柱与电子导体柱交替排列构成,其中,离子导体柱与固态电解质连接,电子导体柱与正极集流体连接。2.按权利要求1所述基于3维离子/电子导体混合网络的薄膜固态锂电池,其特征在于,所述离子导体柱与固态电解质均采用NASICON型、钙钛矿型、石榴石型、反钙钛矿型、LiPON型或硫化物固态电解质。3.按权利要求1所述基于3维离子/电子导体混合网络的薄膜固态锂电池,其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员:向勇,宋世湃,彭邦恒,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川,51
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