Avantatges d'aplicació d'electròlits sòlids

L'electròlit sòlid és una tendència en el desenvolupament d'electròlits de bateries de liti en el futur, ja que la tecnologia de bateries d'electròlits sòlids s'ha desenvolupat fins avui. Des d'una perspectiva tècnica, els electròlits sòlids es poden dividir en electròlits d'òxid, electròlits de sulfur, electròlits de polímer orgànic i electròlits LiPON. Es pot dir que és relativament madur, però també s'ha trobat amb un coll d'ampolla. El naixement d'una nova generació de tecnologia és urgent, especialment en el camp de les noves energies. S'espera que les bateries d'estat sòlid es converteixin en les més atractives entre les tecnologies de bateries d'energia de pròxima generació. Com que les bateries d'estat sòlid no només tenen una maduresa tecnològica relativament alta, moltes companyies nacionals i estrangeres de bateries d'ió liti també han considerat la tecnologia de bateries d'estat sòlid com una important reserva tecnològica d'última generació.

En el desenvolupament primerenc de la tecnologia de bateries d'estat sòlid, a causa de la conductivitat relativament baixa de materials d'electròlits sòlids, l'enfocament de la investigació i el desenvolupament va ser principalment en la millora de la conductivitat dels electròlits sòlids. Per tant, els electròlits sòlids de sulfur i electròlits sòlids d'òxid amb alta conductivitat iònica han atret una àmplia gamma d'atenció.

Les bateries d'ió liti d'estat sòlid utilitzen electròlits sòlids en lloc d'electròlits líquids orgànics tradicionals, que bé poden resoldre problemes de seguretat de la bateria i són fonts d'energia químiques ideals per a vehicles elèctrics i emmagatzematge d'energia a gran escala. La clau és preparar electròlits sòlids amb una alta conductivitat de temperatura ambient i estabilitat electroquímica, així com materials d'elèctrodes d'alta energia adequats per a totes les bateries d'ió liti d'estat sòlid, i millorar la compatibilitat de la interfície d'elèctrodes / electròlits sòlids.

Les bateries de liti d'estat sòlid es desenvolupen a partir de bateries de liti. En comparació amb les bateries tradicionals de liti, ja no utilitzen líquid ni gel com a material conductor entre els elèctrodes positius i negatius, la qual cosa millora així la seguretat del cotxe i la capacitat de suportar altes temperatures. . Té els avantatges d'alta seguretat, alta densitat energètica, vida de cicle llarg i ampli rang de temperatura de funcionament, entre els quals el nucli és l'electròlit sòlid.

Els electròlits sòlids d'òxid es poden dividir en cristal·lí i vidre (amorf) segons l'estructura del material. Els electròlits cristal·lí inclouen tipus de perovskita, tipus NASICON, tipus LISICON i tipus granat, etc. L'electròlit d'òxid de vidre El punt d'investigació és l'electròlit tipus LiPON utilitzat en bateries de pel·lícula prima.

L'electròlit sòlid cristal·lí d'òxid té una alta estabilitat química i pot existir establement a l'atmosfera, la qual cosa és beneficiosa per a la producció a gran escala de bateries d'estat sòlid. L'objectiu de la recerca és millorar la conductivitat iònica de temperatura ambient i la seva compatibilitat amb els elèctrodes. En l'actualitat, els mètodes per millorar la conductivitat són principalment la substitució d'elements i el dopatge d'elements heterovalents, i la compatibilitat amb elèctrodes és també un tema important que restringeix la seva aplicació.

L'electròlit sòlid cristal·lí de sulfur més típic és el thio-LISICON, que va ser descobert per primera vegada pel professor KANNO de l'Institut tecnològic de Tòquio en el sistema Li2S-GeS2-P2S. La composició química és Li4-xGe1-xPxS4, i la conductivitat de l'ion de temperatura ambient és tan alta com 2.2 ×10. -3S/cm (on x=0.75), i es pot ignorar la conductivitat electrònica. La fórmula química general de thio-LISICON és Li4-xGe1-xPxS4 (A= Ge, Si, etc., B = P, Al, Zn, etc.).

L'electròlit sòlid de vidre sulfur es compon generalment de P2S5, SiS2, B2S3 i altres antics de xarxa i modificador de xarxa Li2S. El sistema inclou principalment Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. La composició té un ampli rang de variació, conductivitat ió d'alta temperatura ambient, alta estabilitat tèrmica, bon rendiment de seguretat i àmplia finestra d'estabilitat electroquímica (fins a 5V). Té avantatges excel·lents en bateries d'alta potència i d'alta temperatura d'estat sòlid i té un gran potencial de materials d'electròlits de bateries d'estat sòlid.

L'electròlit sòlid polímer es compon de matriu de polímer (com polièster, polimerasa i poliamina, etc.) i sal de liti (com LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, etc.), a causa del seu pes lleuger, bona viscoelasticitat, i excel·lent rendiment de processament mecànic I altres característiques han rebut una atenció generalitzada.

Els SPEs comuns inclouen òxid de polietilè (PEO), poliacilonitrile (PAN), fluorur de polivinilè (PVDF), polimetilmethacrilat (PMMA), òxid de polipropilè (PPO), clorur de polivinilè (PVDC) i sistemes d'electròlits de polímer d'una sola ió.

En l'actualitat, la matriu spe principal segueix sent el primer PEO proposat i els seus derivats, principalment a causa de l'estabilitat del PEO al liti metàl·lic i la seva capacitat per dissociar millor les sals de liti.

L'electròlit LiPON està fabricat pel Oak Ridge National Laboratory (ORNL) als Estats Units. La pel·lícula d'electròlits d'oxinitride de fòsfor de liti (LiPON) va ser preparada polvoritzant un objectiu Li3P04 d'alta puresa utilitzant un dispositiu de polvorització magnetró de radiofreqüència en una atmosfera de nitrogen d'alta puresa.

S'entén que el material té un excel·lent rendiment integral, la conductivitat iònica de temperatura ambient és de 2,3 × 10-6S / cm, la finestra electroquímica és de 5,5V (http://vs.Li/Li+), l'estabilitat tèrmica és bona, i els elèctrodes positius com LiCoO2, LiMn2O4, i elèctrodes negatius com el metall de liti i aliatge de liti tenen bona compatibilitat. La conductivitat iònica de la pel·lícula lipon depèn de l'estructura amorfa i el contingut N en el material de la pel·lícula. L'augment del contingut N pot millorar la conductivitat iònica.