電池

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Veeco Cambridge Nanotech 為所有固態 3D 鋰離子電池提供最佳的原子層沉積 (ALD) 解決方案:完全優化的氧化鋰薄膜,具有低污染,用於三元和四元鋰化薄膜成分的可調諧性,用於快速製程優化和薄膜特性的現場診斷。

薄膜電極、電解質和鈍化層

通過在奈米結構的 3D 鋰離子電池中實施鋰型的原子層沉積 (ALD) 薄膜,在充電/放電期間的能量密度、循環性能以及安全性的顯著提高已在最近被報導。

使用 Veeco CNT 原子層沉積 (ALD) 平台,擁有高比容量的電化學活性材料,例如 LiCoO2、LiMn2O4 三元或磷酸鋰過渡金屬(如 LiFePO4),已能成功沉積於高深寬比 (HAR) 3D 奈米結構,進而實現快速離子運輸和提升能量密度。

固態電解質,例如磷酸鋰 [8]、鉭酸鋰 [12] 或 LiPON [2],皆沉積於 Savannah® 和 Fiji® 平台,實現可調諧的高離子傳導性。

透過抑制過渡金屬的溶解,Al2O3(<1 奈米)這類的超薄鈍化層也在電化學循環期間顯著提升 LIB 的容量保持,同時透過鈍化層來實現鋰離子的擴散。[15] 近來 Xiao 和其他研究人員使用電化學活性 FePO4 塗層,以最佳化 LiNi0.5Mn1.5O4 陰極材料的效能層[6]。

原子層沉積 (ALD) 對於 3D 鋰離子電池的優勢

  • 更高的電力
  • 3D 奈米結構中更短的擴散路徑導致更高的能量密度
  • 放電率
  • 高表面積比率提高了充電/放電率
  • 循環壽命
  • 使用原子層沉積 (ALD) 鈍化層和低應力薄膜改善了循環壽命
  • 安全性
  • 不可燃固態電解質

沉積在碳奈米管上的均勻 LiFePO4 陰極薄膜具有出色的放電容量和倍率性能 [10]

高深寬比 (HAR) AAO 中 Li5.1TaO2 固體電解質的沉積,Li+ 離子電導率為 2E-8S/cm [13]

在 Fiji® 中使用 LiOtBu / H2O 進行 XPS 現場示範無碳 Li2O 原子層沉積 (ALD)

使用原子層沉積 (ALD) 沉積的 LiPON 固體電解質。離子電導率通過薄膜中的 %N 含量進行調節 [2]


 


 

參考資料 - 在 Veeco CNT 原子層沉積 (ALD) 平台上完成的最新出版品

  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).