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Batteries & Supercaps:原子层沉积(ALD)和分子层沉积(MLD)技术在全固态锂电池应用的研究进展

作为下一代高能存储系统最有前途的候选者之一,全固态锂电池(ASSLBs)目前受到了极大关注。而其电极和电解质的合理结构设计以及可控的电极/电解质界面改性对于真正实现全固态锂电池的商业应用是不可或缺的。近十年来,由于其在调整界面性质和构建新型电极结构方面的独特性显示出巨大的应用潜力,原子层沉积(ALD)和分子层沉积(MLD)技术在全固态锂电池的研究中越发受到重视。近日,厦门大学杨勇教授团队综述了ALD/MLD技术在全固态锂电池中的发展和应用的最新进展,包括全固态锂电池中的正极和锂金属负极的表界面改性,以及薄膜型固态电池中电极和固体电解质的制备等,并简要概述了ALD/MLD在全固态锂电池中的现有挑战和应用前景。



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图1. 总结:原子层沉积技术与分子层沉积技术全固态锂电池中的应用方向

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图2. 用三甲基铝(TMA)和(a)O3,(b)H2O沉积Al2O3薄膜的ALD过程示意图,以及(c)TMA和乙二醇(EG)沉积Alucone薄膜的MLD过程示意图

电解质和电极之间的界面稳定性显著影响块状ASSLB的电化学性能。与未涂覆的阴极相比,ALD/MLD技术涂覆的电极在阴极或阳极侧与固体电解质表现出电化学机械兼容性的增强,尤其是对于敏感的硫化物基电解质体系。此外,ALD/MLD技术是制备薄膜型固态电池电极和电解质材料的通用工具。通过ALD/MLD技术制备的固体电解质的锂离子电导率在室温下可达10-6 S cm-1。将有机金属与有机前驱体相结合,可以制备出具有较高离子电导率的新型有机或无机/有机复合电解质应用于薄膜型全固态电池。然而目前对于ALD/MLD薄膜界面改性的机理研究仍有待深入,特别需要发展先进的光谱/谱学成像表征方法,特别是原位光谱/谱学成像技术,例如X射线吸收光谱/X射线计算机断层扫描(例如XAS/X-CT)、高分辨率电子透射显微镜(STEM)技术等,可以提供对电池循环期间界面过程的深入理解,这也可以指导研究人员根据电极材料的具体需求选择或优化涂层。

文信息

Progress of Atomic Layer Deposition and Molecular Layer Deposition in the Development of All-Solid-State Lithium Batteries

Yu Su, Jialiang Hao, Xiangsi Liu, Prof. Yong Yang

论文的第一作者为厦门大学化学系苏宇博士生。


Batteries&Supercaps

DOI: 10.1002/batt.202200359




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