Переваги застосування твердого електроліту

Твердий електроліт - це тенденція розвитку електролітів літієвих акумуляторів у майбутньому, оскільки технологія твердотільного електролітного акумулятора розвинулась до сьогодні. З технічної точки зору тверді електроліти можна розділити на оксидні електроліти, сульфідні електроліти, органічні полімерні електроліти та електроліти LiPON. Можна сказати, що він відносно зрілий, але він також стикався з вузьким місцем. Народження нового покоління технологій необхідно терміново, особливо в галузі нової енергетики. Очікується, що твердотільні акумулятори стануть найбільш привабливими серед технологій енергетичних акумуляторів наступного покоління. Оскільки цілісні твердотільні батареї мають не тільки відносно високу технологічну зрілість, багато вітчизняних та закордонних літій-іонних акумуляторних компаній також розглядають технологію цілісних твердих батарей як важливий резерв технологій наступного покоління.

На початку розвитку технології твердотільних акумуляторів, завдяки відносно низькій провідності твердих електролітних матеріалів, фокус досліджень і розробок був здебільшого на поліпшенні провідності твердих електролітів. Тому сульфідні тверді електроліти та оксидні тверді електроліти з високою іонною провідністю привернули широкий спектр уваги.

Цілісні твердотільні літій-іонні акумулятори використовують тверді електроліти замість традиційних органічних рідких електролітів, які цілком можуть вирішити питання безпеки батареї та є ідеальними хімічними джерелами живлення для електромобілів та масштабних накопичувачів енергії. Ключовим є підготовка твердих електролітів з високою провідністю при кімнатній температурі та електрохімічною стабільністю, а також високоенергетичних електродних матеріалів, придатних для всіх твердотільних літій-іонних батарей, а також покращення сумісності інтерфейсу електрод / твердий електроліт.

Тверді літієві батареї розробляються на базі літієвих батарей. Порівняно з традиційними літієвими батареями, вони в основному більше не використовують рідину або гель як провідний матеріал між позитивним та негативним електродами, що значно покращує безпеку автомобіля та здатність протистояти високим температурам. . Він має переваги високої безпеки, високої щільності енергії, тривалого терміну експлуатації та широкого діапазону робочих температур, серед яких самим ядром є твердий електроліт.

Тверді оксидні електроліти за структурою матеріалу можна поділити на кристалічні та склоподібні (аморфні). До кристалічних електролітів належать перовскітний тип, тип NASICON, тип LISICON, гранат тощо. Склоподібний оксидний електроліт Дослідницькою точкою є електроліт типу LiPON, що використовується в тонкоплівкових батареях.

Кристалічний оксидний твердий електроліт має високу хімічну стабільність і може стабільно існувати в атмосфері, що вигідно для широкомасштабного виробництва повністю твердотільних батарей. Основна мета досліджень - покращити іонну провідність кімнатної температури та її сумісність з електродами. В даний час методами поліпшення провідності є головним чином заміна елементів та гетеровалентне легування елементів, а сумісність з електродами також є важливою проблемою, яка обмежує його застосування.

Найбільш типовим сульфідним кристалічним твердим електролітом є тіо-LISICON, який вперше був відкритий професором KANNO з Токійського технологічного інституту в системі Li2S-GeS2-P2S. Хімічний склад Li4-xGe1-xPxS4, а іонна провідність кімнатної температури дорівнює 2,2 × 10. -3S / см (де x=0,75), а електронну провідність можна ігнорувати. Загальною хімічною формулою тіо-ЛІЗИКОНУ є Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si та ін., B=P, Al, Zn тощо).

Твердий сульфідний електроліт зазвичай складається з P2S5, SiS2, B2S3 та інших мережеутворювачів та модифікатора мережі Li2S. Система в основному включає Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Композиція має широкий діапазон варіацій, високу іонну провідність при кімнатній температурі, високу термостійкість, хороші показники безпеки та широке вікно електрохімічної стабільності (до 5 В). Він має видатні переваги у потужних та низькотемпературних твердотільних батареях та має великий потенціал твердотільних електролітних матеріалів.

Твердий полімерний електроліт складається з полімерної матриці (таких як поліестер, полімераза, поліамін та ін.) Та солі літію (таких як LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 та ін.) Завдяки своїй невеликій вазі, хорошій в'язкопружності та чудовій Продуктивність механічної обробки та інші характеристики отримали широку увагу.

Загальні SPE включають поліетиленоксид (PEO), поліакрилонітрил (PAN), полівініліденфторид (PVDF), поліметилметакрилат (PMMA), поліпропіленоксид (PPO), полівініліденхлорид (PVDC) та одноіонні полімерні електролітні системи.

В даний час основна матриця SPE все ще є першим запропонованим PEO та його похідними, головним чином завдяки стабільності PEO до металевого літію та його здатності краще дисоціювати солі літію.

Електроліт LiPON виготовляється Національною лабораторією Oak Ridge (ORNL) у США. Плівку електроліту оксинітриду літію фосфору (LiPON) готували розпиленням високочистої мішені Li3P04 за допомогою радіочастотного магнетронного розпилювача в атмосфері азоту високої чистоти.

Зрозуміло, що матеріал має відмінні комплексні показники, іонна провідність кімнатної температури становить 2,3 × 10-6S / см, електрохімічне вікно 5,5 В (http://vs.Li/Li+), теплова стабільність хороша , і позитивні електроди, такі як LiCoO2, LiMn2O4, і негативні електроди, такі як метал літію та сплав літію, мають хорошу сумісність. Іонна провідність плівки LiPON залежить від аморфної структури та вмісту N у матеріалі плівки. Збільшення вмісту N може покращити іонну провідність.