Предности примјене чврстог електролита

Чврсти електролит је тренд у развоју електролита литијумских батерија у будућности, јер се технологија чврстих електролитских батерија развила до данас. Из техничке перспективе, чврсти електролити се могу поделити на оксидне електролите, сулфидне електролите, органске полимерне електролите и ЛиПОН електролите. Може се рећи да је релативно зрео, али је наишао и на уско грло. Хитно је потребно рођење нове генерације технологије, посебно на пољу нове енергије. Очекује се да ће солид-стате батерије постати најпривлачнија међу технологијама батерија следеће генерације. Будући да потпуно чврсте батерије немају само релативно високу технолошку зрелост, многе домаће и иностране компаније са литијум-јонским батеријама такође сматрају потпуно чврсту батеријску технологију важном технолошком резервом следеће генерације.

У раном развоју технологије чврстих батерија, због релативно ниске проводљивости чврстих електролитских материјала, фокус истраживања и развоја био је углавном на побољшању проводљивости чврстих електролита. Стога су чврсти сулфидни електролити и чврсти оксидни електролити са високом јонском проводљивошћу привукли широк спектар пажње.

Потпуно чврсте литијум-јонске батерије користе чврсте електролите уместо традиционалних органских течних електролита, који могу добро решити питања безбедности батерија и идеални су хемијски извори енергије за електрична возила и за велико складиштење енергије. Кључно је припремити чврсте електролите са проводљивошћу на високој собној температури и електрохемијску стабилност, као и високоенергетске материјале за електроде погодне за све чврсте литијум-јонске батерије и побољшати компатибилност интерфејса електрода / чврсти електролит.

Чврсте литијумске батерије су развијене на основу литијумских батерија. У поређењу са традиционалним литијумским батеријама, они углавном више не користе течност или гел као проводни материјал између позитивне и негативне електроде, што у великој мери побољшава сигурност аутомобила и способност издржавања високих температура. . Има предности високе сигурности, велике густине енергије, дугог животног циклуса и широког опсега радних температура, међу којима је само језгро чврсти електролит.

Чврсте оксидне електролите можемо према структури материјала поделити на кристалне и стакласте (аморфне). Кристални електролити укључују перовскитни тип, НАСИЦОН тип, ЛИСИЦОН тип и гранат, итд. Стакласти оксидни електролит Истраживачко жариште је електролит типа ЛиПОН који се користи у танкослојним батеријама.

Кристални оксидни електролит има високу хемијску стабилност и може стабилно да постоји у атмосфери, што је корисно за велику производњу потпуно чврстих батерија. Фокус истраживања је побољшање јонске проводљивости собне температуре и њена компатибилност са електродама. Тренутно су методе за побољшање проводљивости углавном замена елемената и хетеровалентно допирање елемената, а компатибилност са електродама је такође важно питање које ограничава његову примену.

Најтипичнији кристални чврсти електролит сулфида је тио-ЛИСИКОН, који је први открио професор КАННО са Токијског технолошког института у систему Ли2С-ГеС2-П2С. Хемијски састав је Ли4-кГе1-кПкС4, а проводљивост јона собне температуре је чак 2,2 × 10. -3С / цм (где је к=0,75), а електронска проводљивост се може занемарити. Општа хемијска формула тио-ЛИСИЦОН-а је Ли4-кГе1-кПкС4 (А=Ге, Си, итд., Б=П, Ал, Зн, итд.).

Чврсти електролит од сулфидног стакла обично се састоји од П2С5, СиС2, Б2С3 и других мрежних формирача и мрежног модификатора Ли2С. Систем углавном укључује Ли2С-П2С5, Ли2С-СиС2, Ли2С-Б2С3. Састав има широк опсег варијација, проводљивост јона високе температуре на собној температури, високу топлотну стабилност, добре сигурносне перформансе и широк прозор за електрохемијску стабилност (до 5В). Има изванредне предности у чврстим батеријама велике снаге и при ниским температурама и има велики потенцијал електролитних материјала у чврстим батеријама.

Чврсти полимерни електролит се састоји од полимерне матрице (попут полиестера, полимеразе и полиамина итд.) И литијумове соли (као што су ЛиЦлО4, ЛиАсФ4, ЛиПФ6, ЛиБФ4 итд.), Због своје мале тежине, добре вискоеластичности и одличне перформансе механичке обраде И друге карактеристике су примиле широку пажњу.

Уобичајени СПЕ укључују полиетилен оксид (ПЕО), полиакрилонитрил (ПАН), поливинилиден флуорид (ПВДФ), полиметилметакрилат (ПММА), полипропилен оксид (ППО), поливинилиден хлорид (ПВДЦ) и моно-јонски полимерни електролитни системи.

Тренутно је главна СПЕ матрица још увек први предложени ПЕО и његови деривати, углавном због стабилности ПЕО на метални литијум и његове способности да боље дисоцира литијумове соли.

Електролит ЛиПОН прави Национална лабораторија Оак Ридге (ОРНЛ) у Сједињеним Државама. Електролитни филм литијум-фосфор-окситридида (ЛиПОН) припремљен је распршивањем мета Ли3П04 високе чистоће помоћу радио-фреквенцијског магнетронског уређаја за распршивање у атмосфери азота високе чистоће.

Подразумева се да материјал има одличне свеобухватне перформансе, јонска проводљивост собне температуре је 2,3 × 10-6С / цм, електрохемијски прозор је 5,5 В (хттп://вс.Ли/Ли+), топлотна стабилност је добра , и Позитивне електроде попут ЛиЦоО2, ЛиМн2О4 и негативне електроде попут литијумског метала и легуре литијума имају добру компатибилност. Јонска проводљивост ЛиПОН филма зависи од аморфне структуре и садржаја Н у филмском материјалу. Повећање садржаја Н може побољшати јонску проводљивост.