СРАВНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ С КОМПОЗИТНЫМ АНОДОМ Si@O@Al И МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЛИТИЕМ, СФОРМИРОВАННЫМ IN SITU МЕТОДОМ

В работе сравниваются характеристики твердотельных тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов со структурой Ti/Анод/LiPON/LiCoO₂/Ti и безанодного варианта Ti/LiPON/LiCoO₂/Ti. В качестве анодов использовались композит Si@O@Al толщиной 154 и 15 нм, а также предварительно литированный композит Li_xSi@O@Al толщиной 192 нм. В “безанодном” варианте литиевый анод формировался методом in situ. Аккумуляторы с анодами Si@O@Al толщиной 154 нм и Li_xSi@O@Al отличаются хорошей циклируемостью, что обусловлено умеренным изменением объема во время внедрения/экстракции ионов лития и надежным сцеплением с твердым электролитом LiPON. Аккумуляторы с литиевым анодом, сформированным in situ, перспективны с точки зрения высокой удельной энергоемкости, но имеют плохую циклируемость из-за отслоения верхнего токоотвода. Введение слоя Si@O@Al толщиной ~15 нм между LiPON и токоотводом позволяет сохранить высокую энергоемкость, характерную для литиевых анодов, и улучшить циклируемость.

This study compares the electrochemical characteristics of solid-state thin-film lithium-ion batteries with two different structures: Ti/Anode/LiPON/LiCoO₂/Ti (with an anode) and Ti/LiPON/LiCoO₂/Ti (anode-free). Si@O@Al composite anode with thicknesses of 154 and 15 nm, as well as pre-lithiated Li_ySi@O@Al composite with a thickness of 192 nm, were used as anodes. In anode-free batteries, the lithium anode was formed by the in situ method. Batteries with 154 nm Si@O@Al and Li_xSi@O@Al anodes have good cyclability due to their moderate volume change during lithium-ion insertion/extraction and reliable adhesion to the LiPON solid electrolyte. These batteries are promising in terms of high energy density due to the lithium anode formation in situ, although they have poor cycling performance due to peeling off the upper current collector. The introducing of a Si@O@Al thin film with a thickness of ~15 nm between the LiPON and the current collector allows maintaining the high energy density that is inherent in batteries with lithium anodes, while also improving their cyclability.