Prednosti primjene Čvrstog elektrolita

Čvrsti elektrolit je trend u razvoju litij baterije elektrolita u budućnosti, jer čvrsta elektrolita baterija tehnologija se razvila do danas. Iz tehničke perspektive, čvrsti elektroliti mogu se podijeliti na oksidne elektrolite, sulfid elektrolite, organske polimerne elektrolite i LiPON elektrolite. Može se reći da je relativno zrela, ali je naišla i na usko grlo. Hitno je potrebno rođenje nove generacije tehnologije, posebice u području nove energije. Očekuje se da će baterije u čvrstom stanju postati najprivlačniji među tehnologijama baterija nove generacije. Budući da sve-solid-state baterije ne samo da imaju relativno visoku tehnološku zrelost, mnoge domaće i strane litij-ionske tvrtke za baterije također su smatrale sve-solid-state tehnologiju baterije kao važnu tehnološku pričuvu sljedeće generacije.

U ranom razvoju tehnologije baterija čvrstog stanja, zbog relativno niske vodljivosti čvrstih elektrolitnih materijala, fokus istraživanja i razvoja uglavnom je bio na poboljšanju vodljivosti čvrstih elektrolita. Stoga su sulfidni čvrsti elektroliti i oksidni čvrsti elektroliti s visokom ionom provodljivosti privukli širok spektar pažnje.

Sve-solid-state litij-ione baterije koriste čvrste elektrolite umjesto tradicionalnih organskih tekućih elektrolita, koji mogu dobro riješiti pitanja sigurnosti baterija i idealni su kemijski izvori energije za električna vozila i skladištenje energije velikih razmjera. Ključ je pripremiti čvrste elektrolite s visokom sobnom temperaturnom provodljivošću i elektrokemijsku stabilnost, kao i visokoenergetskih elektrodnih materijala pogodnih za sve litij-ione baterije čvrstog stanja, te poboljšati kompatibilnost elektrodnog/čvrstog elektrolitnog sučelja.

Litij-baterije u čvrstom stanju razvijaju se na temelju litij baterija. U usporedbi s tradicionalnim litij baterijama, uglavnom više ne koriste tekućinu ili gel kao vodljivi materijal između pozitivnih i negativnih elektroda, što uvelike poboljšava sigurnost automobila i sposobnost da izdrži visoke temperature. . Ima prednosti visoke sigurnosti, visoke gustoće energije, dugog trajanja ciklusa, i širokog raspona radne temperature, među kojima je i samo jezgra čvrsti elektrolit.

Oksid kruti elektroliti mogu se podijeliti na kristalne i staklene (amorfne) prema materijalnoj strukturi. Kristalinski elektroliti uključuju perovskite tip, NASICON tip, LISICON tip i tip garneta itd. Stakleni oksid elektrolit Žarište istraživanja je elektrolit tipa LiPON koji se koristi u tankim filmskim baterijama.

Oksid kristalni čvrsti elektrolit ima visoku kemijsku stabilnost i može postojati u ubodu u atmosferi, što je korisno za veliku proizvodnju sve-solid-state baterija. Fokus istraživanja je poboljšati sobnu temperaturu ionske vodljivosti i njegovu kompatibilnost s elektrodama. Trenutno, metode za poboljšanje vodljivosti su uglavnom zamjena elemenata i heterovalentni element doping, a kompatibilnost s elektrodama je također važno pitanje koje ograničava njegovu primjenu.

Naj tipični sulfidni kristalni čvrsti elektrolit je tio-LISICON, koji je prvi otkrio profesor KANNO iz Tokijskog instituta za tehnologiju u sustavu Li2S-GeS2-P2S. Kemijski sastav je Li4-xGe1-xPxS4, a sobna temperatura ionske vodljivosti je visoka do 2,2×10. -3S/cm (gdje je x=0,75), a elektronička vodljivost može se zanemariti. Opća kemijska formula tio-LISICON je Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si itd., B=P, Al, Zn, itd.).

Čvrsti elektrolit od sulfidnog stakla obično se sastoji od P2S5, SiS2, B2S3 i drugih bivših mrežnih i mrežnih modifikatora Li2S. Sustav uglavnom uključuje Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Sastav ima širok raspon varijacija, visoku sobnu temperaturu ionu vodljivost, visoku toplinsku stabilnost, dobre sigurnosne performanse, i široki elektrokemijski prozor stabilnosti (do 5V). Ima izvanredne prednosti u visokoj snazi i visokotemeraturnim baterijama u čvrstom stanju i ima veliki potencijal elektrolita baterijskih materijala u čvrstom stanju.

Polimer kruti elektrolit sastavljen je od polimerne matrice (kao što su poliester, polimeraze i poliamina itd.) i litijumske soli (kao što su LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 itd.), zbog svoje lagane težine, dobre viskoelastičnosti, te izvrsnih mehaničkih performansi obrade I druge karakteristike su dobile široku pažnju.

Uobičajeni SP-i uključuju polietilen oksid (PEO), poliaklilonitril (PAN), poliviniliden fluorid (PVDF), polimetilmetakrilat (PMMA), polipropilenski oksid (PPO), poliviniliden klorid (PVDC) i jednoionske polimerne elektrolite sustave.

Trenutno je mainstream SPE matrica i dalje prvi predloženi PEO i njegovi derivati, uglavnom zbog stabilnosti PEO do metalnog litija i njegove sposobnosti da bolje disocira litij soli.

LiPON elektroliti je izrađen od strane Oak Ridge National Laboratory (ORNL) u SAD-u. Litij fosfor oksinitrid (LiPON) elektrolita film je pripremljen sputtering high-čistoće Li3P04 cilj pomoću radiofrekventne magnetron sputtering uređaj u visoko-čistoće dušik atmosfere.

Razumije se da materijal ima izvrsnu sveobuhvatnu izvedbu, Sobna temperatura ionske provodljivosti je 2,3×10-6S/cm, elektrokemijski prozor je 5,5V (http://vs.Li/Li+), toplinska stabilnost je dobra, a Pozitivne elektrode kao što su LiCoO2, LiMn2O4, a negativne elektrode kao što su litij metal i litij legira imaju dobru kompatibilnost. Ionska vodljivost LiPON filma ovisi o amorfnom strukturi i sadržaju N u filmskoj građi. Povećanje N sadržaja može poboljšati ionske vodljivosti.