薄膜電解液、電解質、およびパッシベーション層
ナノ構造の3Dリチウム イオン バッテリーにリチウムベースのALD膜を実装することにより、電力密度、充放電中のサイクル性能、および安全性の大幅な向上が最近報告されました。
Veeco CNT ALDプラットフォームを使用して、LiCoO2、LiMn2O4三元系またはリチウム遷移金属リン酸塩四元系(例:LiFePO4)などの高比容量の電気化学的活性材料が高アスペクト比3Dナノ構造に正常に蒸着され、高速イオン輸送と電力密度の増加につながります。
Savannah®とFiji®プラットフォームの両方で、調整可能な高イオン伝導性を実現するために、固体電解液(リン酸リチウム[8]、タンタル酸リチウム[12]、LiPON [2] など)が蒸着されます。
Al2O3(<1nm)などの非常に薄いパッシベーション層は、遷移金属の溶解を抑制し、パッシベーション層を介したリチウムイオンの拡散を可能にすることにより、電気化学サイクル中のLIBの容量保持を大幅に改善することも実証されています。[15] 最近、Xiaoその他の人が電気化学的に活性なFePO4コーティングを使用して、LiNi0,5Mn1.5O4正極材料の性能層を最適化しました[6]。
ALD Benefits for 3D Li-ion batteries
- 高出力
- 3Dナノ構造の拡散経路を短くして、より高い出力を実現
- 排出率
- 高い表面積比からの充電/放電率を改善
- サイクル寿命
- ALDパッシベーション層と低応力膜を使用してサイクル寿命を改善
- 安全性
- 不燃性固体電解液
カーボンナノチューブ上に蒸着コンフォーマルなLiFePO4カソード膜が、優れた放電容量と速度能力を発揮 [10]
Li+イオン伝導率が2E-8S/cmの高アスペクト比AAOでのLi5.1TaO2固体電解液の蒸着 [13]
Fiji®のLiOtBu/H2Oを使用したIn-situ XPSデモンストレーション カーボンフリーLi2O ALD
ALDによって蒸着されたLiPON固体電解液。イオン伝導率は膜の%N含有量によってチューニングされます [2]
参考資料 – Veeco CNT ALDプラットフォームで行われた最新の刊行物
- Liu, J. et al. Atomically Precise Growth of Sodium Titanates as Anode Materials for High-Rate and Ultralong Cycle-Life Sodium-Ion Batteries. J. Mater. Chem. A (2015). doi:10.1039/C5TA08435K
- Kozen, A. C., Pearse, A. J., Lin, C.-F., Noked, M. & Rubloff, G. W. Atomic Layer Deposition of the Solid Electrolyte LiPON. Chem Mater 150709110756002–13 (2015). doi:10.1021/acs.chemmater.5b01654
- Ahmed, B. et al. Surface Passivation of MoO3 Nanorods by Atomic Layer Deposition toward High Rate Durable Li Ion Battery Anodes. Acs Appl Mater Inter 150612140338000–10 (2015). doi:10.1021/acsami.5b03395
- Ahmed, B., Anjum, D. H., Hedhili, M. N. & Alshareef, H. N. Mechanistic Insight into the Stability of HfO2‐Coated MoS2 Nanosheet Anodes for Sodium Ion Batteries. Small n/a–n/a (2015). doi:10.1002/smll.201500919
- Kozen, A. C. et al. Next-Generation Lithium Metal Anode Engineering via Atomic Layer Deposition. ACS Nano 150513155622005–30 (2015). doi:10.1021/acsnano.5b02166
- Xiao, B. et al. Unravelling the Role of Electrochemically Active FePO4 Coating by Atomic Layer Deposition for Increased High‐Voltage Stability of LiNi0.5Mn1.5O4 Cathode Material. Advanced Science n/a–n/a (2015). doi:10.1002/advs.201500022
- Liu, J. et al. Atomic layer deposition of amorphous iron phosphates on carbon nanotubes as cathode materials for lithium-ion batteries. Electrochimica Acta (2014). doi:10.1016/j.electacta.2014.12.158
- Wang, B. et al. Atomic layer deposition of lithium phosphates as solid-state electrolytes for all-solid-state microbatteries. Nanotechnology 25, 504007 (2014).
- Kozen, A. C. et al. Atomic Layer Deposition and In-situ Characterization of Ultraclean Lithium Oxide and Lithium Hydroxide. J. Phys. Chem. C 141106012144006 (2014). doi:10.1021/jp509298r
- Liu, J. et al. Rational Design of Atomic-Layer-Deposited LiFePO4 as a High-Performance Cathode for Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials n/a–n/a (2014). doi:10.1002/adma.201401805
- Yesibolati, N. et al. SnO2 Anode Surface Passivation by Atomic Layer Deposited HfO2 Improves Li-Ion Battery Performance. Small n/a–n/a (2014). doi:10.1002/smll.201303898
- Lecordier, L., Insitu process optimization of lithium-based multicomponent oxides, ALD2014, Kyoto Japan
- Liu, J. et al. Atomic Layer Deposition of Lithium Tantalate Solid-State Electrolytes. J. Phys. Chem. C 117, 20260–20267 (2013).
- Kim, H. et al. Plasma‐Enhanced Atomic Layer Deposition of Ultrathin Oxide Coatings for Stabilized Lithium–Sulfur Batteries. Adv. Energy Mater. 3, 1308–1315 (2013).
- Bettge, M. et al. Improving high-capacity Li1.2Ni0.15Mn0.55Co0.1O2-based lithium-ion cells by modifiying the positive electrode with alumina. J Power Sources 233, 346–357 (2013).
- Lee, J.-T., Wang, F.-M., Cheng, C.-S., Li, C.-C. & Lin, C.-H. Low-temperature atomic layer deposited Al2O3 thin film on layer structure cathode for enhanced cycleability in lithium-ion batteries. Electrochimica Acta 5,5 4002–4006 (2010).