Avantajele aplicației electrolitului solid

Electrolitul solid este o tendință în dezvoltarea electroliților de baterii cu litiu în viitor, deoarece tehnologia bateriei de electroliți solizi s-a dezvoltat până astăzi. Dintr-o perspectivă tehnică, electroliții solizi pot fi împărțiți în electroliți oxizi, electroliți sulfuri, electroliți polimeri organici și electroliți LiPON. Se poate spune că este relativ matur, dar a întâlnit și un blocaj. Nașterea unei noi generații de tehnologie este urgent necesară, în special în domeniul noii energii. Se așteaptă ca bateriile în stare solidă să devină cele mai atrăgătoare dintre tehnologiile de baterii de putere de generația următoare. Deoarece bateriile în stare solidă nu numai că au o maturitate tehnologică relativ ridicată, multe companii naționale și străine de baterii litiu-ion au considerat, de asemenea, tehnologia bateriilor în stare solidă ca o importantă rezervă tehnologică de generație următoare.

La începutul dezvoltării tehnologiei bateriilor în stare solidă, datorită conductivității relativ scăzute a materialelor electrolitice solide, cercetarea și dezvoltarea s-au concentrat în principal pe îmbunătățirea conductivității electroliților solizi. Prin urmare, electroliții solizi solizi și electroliții solizi oxizi cu conductivitate ionică ridicată au atras o gamă largă de atenție.

Bateriile litiu-ion în stare solidă utilizează electroliți solizi în locul electroliților lichizi organici tradiționali, care pot rezolva bine problemele de siguranță ale bateriei și sunt surse de energie chimică ideale pentru vehicule electrice și stocare de energie pe scară largă. Cheia este de a pregăti electroliți solizi cu conductivitate la temperatură ridicată a camerei și stabilitate electrochimică, precum și materiale pentru electrozi de mare energie potrivite pentru toate bateriile litiu-ion în stare solidă și de a îmbunătăți compatibilitatea interfeței electrod / electrolit solid.

Bateriile cu litiu în stare solidă sunt dezvoltate pe baza bateriilor cu litiu. Comparativ cu bateriile tradiționale cu litiu, acestea nu mai folosesc lichid sau gel ca material conductiv între electrozii pozitivi și negativi, ceea ce îmbunătățește foarte mult siguranța mașinii și capacitatea de a rezista la temperaturi ridicate. . Are avantajele de siguranță ridicată, densitate ridicată a energiei, durată de viață lungă și o gamă largă de temperaturi de funcționare, printre care nucleul este electrolitul solid.

Electroliții solizi oxidați pot fi împărțiți în cristalin și sticlos (amorf) în funcție de structura materialului. Electroliții cristalini includ tipul perovskit, tipul NASICON, tipul LISICON și tipul granat, etc.

Electrolitul solid cristalin cu oxid are o stabilitate chimică ridicată și poate exista stabil în atmosferă, ceea ce este benefic producției pe scară largă a bateriilor cu stare solidă. Obiectivul cercetării este de a îmbunătăți conductivitatea ionică a temperaturii camerei și compatibilitatea acesteia cu electrozi. În prezent, metodele de îmbunătățire a conductivității sunt în principal înlocuirea elementelor și dopajul elementelor heterovalente, iar compatibilitatea cu electrozii este, de asemenea, o problemă importantă care restricționează aplicarea acestuia.

Cel mai tipic electrolit solid cu sulfură cristalină este tio-LISICON, care a fost descoperit pentru prima dată de profesorul KANNO de la Tokyo Institute of Technology în sistemul Li2S-GeS2-P2S. Compoziția chimică este Li4-xGe1-xPxS4, iar conductivitatea ionului la temperatura camerei este de până la 2,2 × 10. -3S / cm (unde x=0,75), iar conductivitatea electronică poate fi ignorată. Formula chimică generală a tio-LISICONUL este Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si etc., B=P, Al, Zn etc.).

Electrolitul solid din sticlă sulfură este compus de obicei din P2S5, SiS2, B2S3 și alți formatori de rețea și modificator de rețea Li2S. Sistemul include în principal Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Compoziția are o gamă largă de variații, conductivitate ionică la temperatură ridicată a camerei, stabilitate termică ridicată, performanță bună de siguranță și fereastră largă de stabilitate electrochimică (până la 5V). Are avantaje remarcabile în bateriile de stare solidă de înaltă putere și de temperatură scăzută și are un potențial mare de materiale electrolitice pentru baterii în stare solidă.

Electrolitul solid polimeric este compus din matrice polimerică (cum ar fi poliester, polimerază și poliamină etc.) și sare de litiu (cum ar fi LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 etc.), datorită greutății sale ușoare, a viscoelasticității bune și a excelenței performanță de procesare mecanică Și alte caracteristici au primit o atenție largă.

SPE-urile obișnuite includ oxid de polietilenă (PEO), poliacrilonitril (PAN), fluorură de poliviniliden (PVDF), polimetilmetacrilat (PMMA), oxid de polipropilenă (PPO), clorură de poliviniliden (PVDC) și sisteme de electroliți polimerici cu un singur ion.

În prezent, matricea SPE principală este încă primul PEO propus și derivații săi, în principal datorită stabilității PEO la metalul litiu și capacității sale de a disocia mai bine sărurile de litiu.

Electrolitul LiPON este fabricat de Oak Ridge National Laboratory (ORNL) din Statele Unite. Pelicula de electrolit a oxinitridului de fosfor de litiu (LiPON) a fost preparată prin pulverizarea unei ținte Li3P04 de înaltă puritate utilizând un dispozitiv de pulverizare cu magnetron de frecvență radio într-o atmosferă de azot de înaltă puritate.

Se înțelege că materialul are o performanță cuprinzătoare excelentă, conductivitatea ionică la temperatura camerei este de 2,3 × 10-6S / cm, fereastra electrochimică este de 5,5 V (http://vs.Li/Li+), stabilitatea termică este bună , și electrozii pozitivi, cum ar fi LiCoO2, LiMn2O4, și electrozii negativi, cum ar fi litiu metal și aliaj de litiu, au o bună compatibilitate. Conductivitatea ionică a filmului LiPON depinde de structura amorfă și de conținutul de N din materialul filmului. Creșterea conținutului de N poate îmbunătăți conductivitatea ionică.