压印光刻助力高性能封装的3D锂离子微电池制造

分布式传感器和致动器、微型机器人和其他微设备的功率需求引起了人们对二次微电池的极大兴趣，因为二次微电池的能量和功率密度要比传统薄膜微电池大得多。其中的一个主要挑战是，当电池的体积减少到10 mm3以下时，传统的制造方法由于封装方法施加的电化学惰性体积而变得不切实际。虽然增加电极的厚度能在一定程度上缓解这个问题，但增加电极的厚度将导致功率显著降低，因为由此产生的更长离子和电子传输路径。

       近日，美国伊利诺伊大学香槟分校Pengcheng Sun等人通过压印光刻、自组装和电沉积的组合制备出了高活性体积分数、厚实、3D结构电极(V2O5阴极和Li金属阳极)的高性能微电池。为了应对密封封装的严峻挑战，微电池内填充了凝胶电解质。封装电池的面积能量和功率密度分别为1.24 J cm-2和75.5 mW cm-2，可在氩气中循环550次和在空气中循环200次，并且保留75%的初始放电容量。此外，一个未封装的电池，使用液体电解质，可提供218 mw cm-2的功率密度。作者透露，在所有报道的微电池中，微电池具有最高的峰值功率密度。相关研究工作发表在《Advanced Materials》。（丁雷）

文章链接：Pengcheng Sun et al, High-Performance Packaged 3D Lithium-Ion Microbatteries Fabricated Using Imprint Lithography. Adv. Mater. 2020, 2006229.DOI: 10.1002/adma.202006229.