安全且高性能的锂电池需求激增
无论是使用手机上网、驾驶电动汽车行驶数百公里或是存储太阳能能源，这一切都已变得十分便捷。所有这些活动都是通过电池技术实现的。锂离子电池 LIB 技术可为各种应用提供具有高能量密度和低自放电的电池。目前，锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和军事应用。我们需要这样一种电池，它们能够以安全的方式进行快速充电，并且不会因频繁充电和放电而导致容量损失。此外，目前还必须解决最受关注的安全问题，例如：由热失控引起的火灾。电池中绝对不能有任何不确定性，因为它们就在我们周围。
利用薄膜涂层解决锂电池所面临的挑战
锂离子电池的基本工作原理是，正锂离子在电解液中从一个电极移动到另一个电极，同时在集电器之间形成电子流。利用隔板，对阳极和阴极进行物理隔离，以防止短路。
电解质由高反应性化学物质组成，因此电解质和电极之间会发生各种反应。电解质和阳极之间发生的重要化学反应是固体电解质界面膜 SEI 的有机形成，从而稳定电池的循环性能。但是，固体电解质界面膜也会永久消耗锂离子，这会导致库伦效率的降低。当电解质中生成氟化氢 HF 时，正极材料会发生溶解，这是另一个降低性能的反应。这导致电池性能快速下降。
电极的涂层会减缓性能下降的速度，甚至起到阻止作用。但是，如果电池的电极涂有涂层，则对于涂层的要求是非常严格的。涂层必须非常薄，并且完全覆盖电极无任何孔隙。涂层也不应阻碍电子或锂离子的流动。涂层应该足够坚韧，这样就能够在可能发生体积膨胀的情况下不会受损。另外在最佳情况下，涂层不会给电池芯增加任何重量。
ALD 创造出性能可靠的超薄锂电池涂层
幸运的是， 原子层沉积 (ALD) 可以解决电池所面临的许多问题。ALD 镀膜通常是金属氧化物或氮化物。薄膜由两个前驱体构建而成。将这些前驱体依次引入到基底中。每个前驱体仅与先前混合入基底表面的一个前驱体发生反应（即所谓的活性部位），而所有未反应的前驱体气体都会被抽走。随后，需要引入下一个前驱体。这意味着在气相中不会发生任何不必要的副反应。ALD 技术具有自终止的特性。当所有活性部位均被使用时，反应即会停止。因此，每次周期会形成一个原子层。这表明只要不再将前驱体脉冲到基底上，就可以停止薄膜的生长。
ALD 具有以下优势：
- 保形性：整个基底在任何几何形状上的薄膜厚度保持一致
- 无孔隙：出现任何斑点的基底均不会被镀膜
- 密度：薄膜通过化学键合而成，而不是表面扩散形成
- 精度：薄膜厚度可以被控制在原子水平以下
使用 ALD，电池隔板更耐用坚固稳定且实现出色的润湿性
ALD 涂层可从多个方面提高电池隔板的性能。首先，它可以显著抑制热收缩。
在这种情况下，电池的安全性明显提高。实际上，较薄的涂层（例如小于10 nm）不会增加电池隔板的厚度或重量。我们还发现，氧化铝涂层可以改善电池隔板的润湿性，但不会降低电池的电化学性能。通常，如果使用厚度为几纳米的薄膜，您不仅可以从中受益，而且不会影响性能！
ALD 对锂电池电极起到保护作用
通过低温工艺，ALD 薄膜可以轻松沉积到电极上。常规的阳极材料由碳或硅构成。如果将 ALD 薄膜沉积在阳极的顶部，它将用于稳定表面上的人造固体电解质界面膜。它还将减少全新固体电解质界面膜的形成，从而减少容量下降，同时提高比容量、循环稳定性和库仑效率。在石墨阳极上，与有机固体电解质界面膜相比，氧化铝 ALD 薄膜在高温下仍能保持更高的稳定性，从而提高安全性。
阴极通常由锂金属氧化物组成。对于阴极材料而言，最大的问题通常与该材料溶解成反应性电解质有关。溶解会对性能产生负面影响。例如，作为一种常见的正极材料，钴酸锂（LiCoO2）在钴发生溶解后会出现不良反应。当在高于4.2 V的电压下从阴极结构中抽出一半以上的锂离子时，就会发生这种情况。如果钴溶解，则钴酸锂的结构会发生变化，性能也会恶化。在高接触面积的阴极（例如：纳米钴酸锂）中，溶解是至关重要的。例如，在亚纳米氧化铝层上涂覆阴极后，在阴极电压范围为 3.3-4.5V 的情况下，其可逆容量比无涂层的钴酸锂阴极提高了250%。
同样，含锰阴极在锰溶解到电解质后也会出现不良反应。这会导致锰的不可逆损失。锰离子通常也会迁移和沉积到阳极表面，从而有可能会阻止锂离子的转移。亚纳米氧化铝原子层沉积薄膜可以充当阴极材料和电解质之间的物理隔离层。如果将氧化铝在三元阴极材料上进行2次循环沉积，那么100次循环沉积后的容量保持率会从65%增至91%。
Beneq 已经与客户合作开展电极涂层的开发工作。
ALD 卷对卷系统可为提高电池的安全耐用性带来更多的竞争优势！
ALD 应该成为锂电池生产中的新标准，旨在增强安全性和循环稳定性，同时无损于容量保持能力。此前 ALD 的构想并不适用于大批量生产，因为产品只能在相对较小的 ALD 腔室中进行镀膜，而且加工时间较长，费用又十分昂贵。
如今 Beneq 已经改变了这一局面！Beneq’s WCS 600 roll-2-roll equipment 可以轻松快速地对宽度达600毫米的电极或电池隔板进行镀膜。该设备的当前处理速度已测试为每分钟20米，而且可以在需要的情况下酌情提高速度。该设备可以集成到生产线中，从而实现高通量 ALD 处理。此项技术的成本大大降低，而且系统可以实现连续高效的自动化处理。
如果您希望在安全且高性能的电池行业中居于技术领先地位，那么 ALD 就是最理想的解决方案！