A szilárd elektrolit alkalmazásának előnyei

A szilárd elektrolit a jövőben trend a lítium akkumulátoros elektrolitok fejlődésében, mert a szilárd elektrolit akkumulátor technológia napjainkig fejlődött. Műszaki szempontból a szilárd elektrolitokat fel lehet osztani oxid elektrolitokra, szulfid elektrolitokra, szerves polimer elektrolitokra és LiPON elektrolitokra. Elmondható, hogy viszonylag érett, de szűk keresztmetszettel is találkozott. Sürgősen szükség van a technológia új generációjának születésére, különösen az új energia területén. A szilárdtest-akkumulátorok várhatóan a legvonzóbbak lesznek a következő generációs akkumulátor-technológiák között. Mivel a teljesen szilárdtest-akkumulátorok nemcsak viszonylag magas technológiai érettséggel bírnak, számos hazai és külföldi lítium-ion akkumulátor-gyártó cég a teljes szilárdtest-akkumulátor-technológiát is fontos újgenerációs technológiai tartaléknak tekintette.

A szilárdtest-akkumulátortechnika korai fejlesztése során a szilárd elektrolitanyagok viszonylag alacsony vezetőképessége miatt a kutatás és fejlesztés főként a szilárd elektrolitok vezetőképességének javítására összpontosított. Ezért a szulfidos szilárd elektrolitok és a magas ionvezető képességű szilárd oxid elektrolitok széles körű figyelmet keltettek.

A teljes szilárdtest állapotú lítium-ion akkumulátorok szilárd elektrolitokat használnak a hagyományos szerves folyékony elektrolitok helyett, amelyek jól megoldják az akkumulátorok biztonsági kérdéseit, és ideális kémiai áramforrások az elektromos járművekhez és a nagyméretű energiatároláshoz. A legfontosabb a szilárd elektrolitok előállítása magas szobahőmérsékletű vezetőképességgel és elektrokémiai stabilitással, valamint nagy energiájú elektród anyagok, amelyek alkalmasak minden szilárdtest lítium-ion akkumulátorra, valamint az elektród / szilárd elektrolit interfész kompatibilitásának javítása.

A szilárdtest lítium akkumulátorokat lítium elemek alapján fejlesztik ki. A hagyományos lítium akkumulátorokkal összehasonlítva főleg folyadékot vagy gélt nem használnak vezető anyagként a pozitív és negatív elektródák között, ami nagyban javítja az autó biztonságát és a magas hőmérsékletnek való ellenállást. . Előnyei a magas biztonság, a nagy energiasűrűség, a hosszú ciklusú élettartam és a széles üzemi hőmérséklet-tartomány, amelyek között a mag a szilárd elektrolit.

Az oxidos szilárd elektrolitok az anyag szerkezete szerint kristályosra és üvegesre (amorfra) oszthatók. A kristályos elektrolitok magukban foglalják a perovszkit, a NASICON, a LISICON és a gránát típusokat, stb.

Az oxidos kristályos szilárd elektrolit nagy kémiai stabilitással rendelkezik, és stabilan létezhet a légkörben, ami előnyös a teljes szilárdtest-akkumulátorok nagyüzemi gyártása szempontjából. A kutatás célja a szobahőmérséklet ionvezetési képességének és az elektródákkal való kompatibilitásának javítása. Jelenleg a vezetőképesség javítására szolgáló módszerek főleg az elempótlás és a heterovalens elemek doppingolása, és az elektródákkal való kompatibilitás szintén fontos kérdés, amely korlátozza alkalmazását.

A tipikus szulfidos kristályos szilárd elektrolit a tio-LISICON, amelyet először KANNO, Tokiói Műszaki Intézet professzora fedezett fel a Li2S-GeS2-P2S rendszerben. A kémiai összetétel Li4-xGe1-xPxS4, és a szobahőmérsékleten az ion vezetőképessége 2,2 × 10. -3S / cm (ahol x=0,75), és az elektronikus vezetőképesség figyelmen kívül hagyható. A tio-LISICON általános kémiai képlete Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si stb., B=P, Al, Zn stb.).

A szulfid üveg szilárd elektrolit általában P2S5, SiS2, B2S3 és más hálózatképzőkből és Li2S hálózatmódosítóból áll. A rendszer főleg Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. A készítmény széles variációs tartományú, magas szobahőmérsékletű ionvezető képességgel, magas hőstabilitással, jó biztonsági teljesítménnyel és széles elektrokémiai stabilitási ablakkal (legfeljebb 5 V). Kiemelkedő előnyökkel rendelkezik a nagy teljesítményű és a magas-alacsony hőmérsékletű szilárdtest-akkumulátorok terén, és nagy potenciállal rendelkezik a szilárdtest-akkumulátorok elektrolitanyagaiban.

A szilárd polimer elektrolit polimer mátrixból (például poliészter, polimeráz és poliamin, stb.) És lítiumsóból (például LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 stb.) Áll, könnyű súlya, jó viszkoelaszticitása és kiváló mechanikai feldolgozási teljesítmény És egyéb jellemzők széles körű figyelmet kaptak.

Az általános SPE-k közé tartoznak a polietilén-oxid (PEO), a poliakrilnitril (PAN), a polivinilidén-fluorid (PVDF), a polimetil-metakrilát (PMMA), a polipropilén-oxid (PPO), a polivinilidén-klorid (PVDC) és az egyionos polimer elektrolit rendszerek.

Jelenleg a mainstream SPE mátrix még mindig az első javasolt PEO és származékai, elsősorban a PEO fémlítiummal szembeni stabilitása és a lítiumsók jobb disszociációs képessége miatt.

A LiPON elektrolitot az Oak Ridge National Laboratory (ORNL) gyártja az Egyesült Államokban. A lítium-foszfor-oxinitrid (LiPON) elektrolitfilmet nagy tisztaságú Li3P04 célpont porlasztásával készítettük rádiófrekvenciás magnetron porlasztó készülékkel, nagy tisztaságú nitrogén atmoszférában.

Magától értetődik, hogy az anyag kiváló átfogó teljesítménnyel rendelkezik, a szobahőmérsékletű ionvezetőképesség 2,3 × 10-6S / cm, az elektrokémiai ablak 5,5 V (http://vs.Li/Li+), a hőstabilitás jó és a pozitív elektródok, mint például a LiCoO2, LiMn2O4, és a negatív elektródok, például a lítiumfém és a lítiumötvözet, jól kompatibilisek. A LiPON film ionvezető képessége a film anyagának amorf szerkezetétől és N tartalmától függ. Az N-tartalom növekedése javíthatja az ionvezető képességet.