Q-Batteries电池技术的发展

     自1991年以来，德国在小型化工业设备、传感器、控制器等方面开展了三个大型研究项目，美国和欧盟紧随其后。这些项目的实施导致了新Q-Batteries电池技术的出现或对传统电池技术的改造，特别是在微电子电池技术领域。这就是我们通常所说的微技术和纳米技术。

能源供应也经历了同样的过程，厚度不超过几微米的微动力电池技术也开始出现，包括不可充电微原电池技术和可充电微电池技术。

虽然这种微型动力电池技术还处于试验阶段，但它们已经在众多应用领域展现出良好的发展前景，包括智能卡、微机、电子票等。但这类电池技术不能与袖珍电池相混淆或微型电池技术，如纸电池技术或聚合物电解质电池技术，能够提供大电流但厚度为数十毫米。

电化学微型动力电池技术是指总厚度不超过几微米的供电系统。它采用特殊的薄层技术、阴极雾化技术、热蒸发技术等制成，用于为微系统（微电子、微机械等）供电。

微动力电池技术是通过微电子技术中的薄层加工方法制成的，可以为微型系统提供更充足的电流。这种系统不同于其他采用厚层技术制成的动力系统（每层有几十微米厚，通常通过喷墨打印精细粉末制成）。微型电源中每个基本单体电池的厚度约为10μm，可根据需要进行叠加和串并联。因此，可以预见在不久的将来，这种微型动力电池技术能够以刚性或柔性的方式附着在基板上，其表面和厚度可根据可用体积和性能要求进行调整，最终可用于实现了。远程充电。

微型动力电池技术所用材料与锂电池技术所用材料大体相同。然而，薄层的结构使微型动力电池技术变得有些特殊：前者的化学成分可能与后者大不相同，而且结构更为松散。因此，微动力电池技术的电化学性能与大型电池技术有很大不同。因此，我们可以使用薄层技术从已知的大型电池材料中获得具有所需特性的新材料。

由于金属锂的诸多优点，成为当前微动力电池技术研究中使用的主要负极材料。锂电极材料在传统的电池技术应用中一直表现良好，似乎在薄层方面没有特别的问题。但锂电极并非没有缺点，一些实验室也在研究锂的替代材料。使用锂电极的缺点是：首先，负极采用热蒸发技术沉积，而电解液和正极采用其他方法沉积，单一沉积技术也比较合适。此外，由于锂对湿度非常敏感，需要进行适当的保护处理，不要增加过多的厚度。为弥补这些不足，可采用正极材料等插层材料替代锂，但要求其电位尽可能低。这样，通过插入两个电极，就可以构成一个微型电源，也称为摇椅式微型电源。尽管与锂电极微型电源相比，这种电源的电位差有所降低，但根据应用情况，这并不重要。然而，利用插层材料作为阳极的尝试并不多。我们可以识别的材料是Nb 但他们的潜力需要尽可能低。这样，通过插入两个电极，就可以构成一个微型电源，也称为摇椅式微型电源。尽管与锂电极微型电源相比，这种电源的电位差有所降低，但根据应用情况，这并不重要。然而，利用插层材料作为阳极的尝试并不多。我们可以识别的材料是Nb 但他们的潜力需要尽可能低。这样，通过插入两个电极，就可以构成一个微型电源，也称为摇椅式微型电源。尽管与锂电极微型电源相比，这种电源的电位差有所降低，但根据应用情况，这并不重要。然而，利用插层材料作为阳极的尝试并不多。我们可以识别的材料是Nb 这取决于应用程序并不重要。然而，利用插层材料作为阳极的尝试并不多。我们可以识别的材料是Nb 这取决于应用程序并不重要。然而，利用插层材料作为阳极的尝试并不多。我们可以识别的材料是Nb₂ O ₂ 和Li ₄ Fe _0.5 Ti _4.5 O _11.75，可用于全固态微型电源。大电池技术（锂离子电池）用石墨代替锂，似乎不适用于微动力电池技术。因此，寻找非石墨负极插层材料是微动力电池技术发展中一个非常独特的问题，在这方面还有很多工作要做。

理想的正极材料既是良好的电子导体又是良好的离子导体，其中的过渡元素能够实现锂离子的可逆脱嵌。为了使电池的能量密度尽可能高，过渡元素氧化还原反应对应的电势必须尽可能高，摩尔质量必须尽可能低。

二硫化钛（TiS ₂）是第一种用于锂电池技术的正极材料，80年代初出现了由这种材料制成的全固态微型电源。这样的TiS ₂ /玻璃/锂电池系统可以在1.4~2.6V的电压范围和50μA·h/cm ^{2的电流密度下循环1000次。}

.  将0.9单位的锂离子可逆地插入到单位Ti中，可得到相应的50μA·h/cm ²的容量，且不随充放电循环而变化。体系的表面积达到1~10cm ²  ，还可以增加。这种微电池技术的性能足以满足某些应用，因此可以进行工业化开发。但是，微电池技术和微动力电池技术还处于研究阶段。行业先行者正在开发样机，并积极准备产业化。

过渡元素的氧化物理论上比其硫化物更适合制备正极材料，在锂电池技术中也有广泛的应用。因此，在过去的几年中，人们进行了大量尝试将其制备成薄膜形式，并将其应用于微型动力电池技术。通常，这些材料在沉积后需要进行热处理，以通过增加薄层的结晶度使锂更容易扩散到内部。但是，如果将微电源置于芯片上，热处理可能会成为一个问题。

研究最广泛的阴极材料之一是LiMn ₂ O ₄，它是通过阴极粉碎技术或热蒸发技术制备的。_{LiMnO 4} /Lipon/Li微型电源的电流密度为10μA/cm ²，电压为3.8~4.5V，可循环使用300次。其15μA.h/cm ²的恒定容量 几乎保持不变；^{当电流密度为100 μA/cm 2}时仅下降到40% 。当然，与TiS _{2相比，15 μA·h/cm} ²的容量密度 相对较低，这是由于LiMn ₂ O _{4的厚度小所致。} 薄层。其他氧化物也有类似的性质，如LiNiO ₂、LiCoO ₂ 和V ₂ O ₅。