Anvendelsesfordele ved fast elektrolyt

Solid elektrolyt er en tendens i udviklingen af ​​lithiumbatterielektrolytter i fremtiden, fordi solid elektrolytbatteriteknologi har udviklet sig til i dag. Fra et teknisk perspektiv kan faste elektrolytter opdeles i oxidelektrolytter, sulfidelektrolytter, organiske polymerelektrolytter og LiPON-elektrolytter. Det kan siges, at det er relativt modent, men det har også stødt på en flaskehals. Fødslen af ​​en ny generation af teknologi er presserende nødvendig, især inden for ny energi. Solid state-batterier forventes at blive den mest tiltalende blandt den næste generation af strømbatteriteknologier. Fordi hel-solid-batterier ikke kun har relativt høj teknologisk modenhed, har mange indenlandske og udenlandske lithium-ion-batterivirksomheder også betragtet all-solid state-batteriteknologi som en vigtig næste generations teknologireserve.

I den tidlige udvikling af solid state-batteriteknologi på grund af den relativt lave ledningsevne af faste elektrolytmaterialer var fokus for forskning og udvikling hovedsagelig på at forbedre ledningsevnen for faste elektrolytter. Derfor har faste sulfidelektrolytter og oxid faste elektrolytter med høj ionisk ledningsevne tiltrukket en bred vifte af opmærksomhed.

Hel-solid-lithium-ion-batterier bruger faste elektrolytter i stedet for traditionelle organiske flydende elektrolytter, hvilket godt kan løse batterisikkerhedsspørgsmål og er ideelle kemiske strømkilder til elektriske køretøjer og storskalaenergilagring. Nøglen er at forberede faste elektrolytter med høj stuetemperatur ledningsevne og elektrokemisk stabilitet samt højenergi-elektrodematerialer, der er egnede til alle solid-state lithium-ion-batterier, og at forbedre kompatibiliteten mellem grænsefladen mellem elektrode og fast elektrolyt.

Solid-state lithium-batterier er udviklet baseret på lithium-batterier. Sammenlignet med traditionelle lithium-batterier bruger de primært ikke længere væske eller gel som det ledende materiale mellem de positive og negative elektroder, hvilket i høj grad forbedrer bilens sikkerhed og evnen til at modstå høje temperaturer. . Det har fordelene ved høj sikkerhed, høj energitæthed, lang cykluslevetid og bredt driftstemperaturområde, blandt hvilke selve kernen er den faste elektrolyt.

Faste, faste elektrolytter kan opdeles i krystallinsk og glasagtig (amorf) i henhold til materialestrukturen. Krystallinske elektrolytter inkluderer perovskit-type, NASICON-type, LISICON-type og granat-type osv. Den glasagtige oxidelektrolyt Forskningshotspot er den LiPON-type elektrolyt, der anvendes i tyndfilmbatterier.

Den oxidkrystallinske faste elektrolyt har høj kemisk stabilitet og kan eksistere stabilt i atmosfæren, hvilket er gavnligt for den store produktion af hel-solid-batterier. Forskningsfokus er at forbedre den ioniske ledningsevne ved stuetemperatur og dens kompatibilitet med elektroder. På nuværende tidspunkt er metoderne til forbedring af ledningsevne hovedsageligt elementersætning og heterovalent elementdoping, og kompatibilitet med elektroder er også et vigtigt spørgsmål, der begrænser dets anvendelse.

Den mest typiske sulfidkrystallinske faste elektrolyt er thio-LISICON, som først blev opdaget af professor KANNO fra Tokyo Institute of Technology i Li2S-GeS2-P2S-systemet. Den kemiske sammensætning er Li4-xGe1-xPxS4, og ionledningsevnen ved stuetemperatur er så høj som 2,2 × 10. -3S / cm (hvor x=0,75), og den elektroniske ledningsevne kan ignoreres. Den generelle kemiske formel for thio-LISICON er Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si osv., B=P, Al, Zn osv.).

Sulfidglasfast elektrolyt er normalt sammensat af P2S5, SiS2, B2S3 og andre netværksdannere og netværksmodifikator Li2S. Systemet inkluderer hovedsageligt Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Sammensætningen har et stort variationsområde, ionledningsevne ved høj stuetemperatur, høj termisk stabilitet, god sikkerhedsydelse og et bredt elektrokemisk stabilitetsvindue (op til 5V). Det har enestående fordele i solid-state-batterier med høj effekt og høj-temperatur og har stort potentiale i solid-state-elektrolytmaterialer.

Den faste polymerelektrolyt er sammensat af polymermatrix (såsom polyester, polymerase og polyamin osv.) Og lithiumsalt (såsom LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 osv.) På grund af dens lette vægt, gode viskoelasticitet og fremragende mekanisk bearbejdning og andre egenskaber har fået bred opmærksomhed.

Almindelige SPE'er inkluderer polyethylenoxid (PEO), polyacrylonitril (PAN), polyvinylidenfluorid (PVDF), polymethylmethacrylat (PMMA), polypropylenoxid (PPO), polyvinylidenchlorid (PVDC) og enkelt-ion-polymerelektrolytsystemer.

På nuværende tidspunkt er den almindelige SPE-matrix stadig den første foreslåede PEO og dens derivater, hovedsageligt på grund af PEO's stabilitet over for metal-lithium og dets evne til bedre at adskille lithiumsalte.

LiPON-elektrolytten er fremstillet af Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA. Lithiumphosphoroxynitrid (LiPON) -elektrolytfilmen blev fremstillet ved forstøvning af et Li3P04-mål med høj renhed under anvendelse af en radiofrekvens magnetronforstøvningsindretning i en nitrogenatmosfære med høj renhed.

Det forstås, at materialet har fremragende omfattende ydeevne, ionisk ledningsevne ved stuetemperatur er 2,3 × 10-6S / cm, elektrokemisk vindue er 5,5V (http://vs.Li/Li+), termisk stabilitet er god og positive elektroder såsom LiCoO2, LiMn2O4 og negative elektroder såsom lithiummetal og lithiumlegering har god kompatibilitet. LiPON-filmens ioniske ledningsevne afhænger af den amorfe struktur og N-indholdet i filmmaterialet. Forøgelsen af ​​N-indholdet kan forbedre den ioniske ledningsevne.