電池

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

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
8. Wang, B. et al. Atomic layer deposition of lithium phosphates as solid-state electrolytes for all-solid-state microbatteries. Nanotechnology 25, 504007 (2014).
9. 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
10. 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
11. 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
12. Lecordier, L., Insitu process optimization of lithium-based multicomponent oxides, ALD2014, Kyoto Japan
13. Liu, J. et al. Atomic Layer Deposition of Lithium Tantalate Solid-State Electrolytes. J. Phys. Chem. C 117, 20260–20267 (2013).
14. 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).
15. 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).
16. 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).