Applikationsfördelar med fast elektrolyt

Fast elektrolyt är en trend i utvecklingen av litiumbatterielektrolyter i framtiden, eftersom teknik för fast elektrolytbatteri har utvecklats till idag. Ur ett tekniskt perspektiv kan fasta elektrolyter delas in i oxidelektrolyter, sulfidelektrolyter, organiska polymerelektrolyter och LiPON-elektrolyter. Man kan säga att den är relativt mogen, men den har också stött på en flaskhals. Födelsen av en ny generation teknik är akut nödvändig, särskilt när det gäller ny energi. Solid state-batterier förväntas bli den mest tilltalande bland nästa generations kraftbatteriteknik. Eftersom solid state-batterier inte bara har relativt hög teknisk mognad har många inhemska och utländska litiumjonbatteriföretag också betraktat all-state-state-batteriteknik som en viktig nästa generations teknologireserv.

I den tidiga utvecklingen av solid state-batteriteknik, på grund av den relativt låga ledningsförmågan hos fasta elektrolytmaterial, fokuserades forskningen och utvecklingen mest på att förbättra konduktiviteten hos fasta elektrolyter. Därför har fasta sulfidelektrolyter och oxidfasta elektrolyter med hög jonisk ledningsförmåga väckt ett brett spektrum av uppmärksamhet.

All-state-litiumjonbatterier använder fasta elektrolyter istället för traditionella organiska flytande elektrolyter, vilket mycket väl kan lösa batterisäkerhetsproblem och är perfekta kemiska kraftkällor för elfordon och storskalig energilagring. Nyckeln är att förbereda fasta elektrolyter med hög rumstemperaturledningsförmåga och elektrokemisk stabilitet, samt högenergi-elektrodmaterial som är lämpliga för alla solid-state litiumjonbatterier, och att förbättra kompatibiliteten för elektrod / fast elektrolytgränssnitt.

Solid-state litiumbatterier är utvecklade baserat på litiumbatterier. Jämfört med traditionella litiumbatterier använder de huvudsakligen inte längre vätska eller gel som det ledande materialet mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket avsevärt förbättrar bilens säkerhet och förmågan att motstå höga temperaturer. . Det har fördelarna med hög säkerhet, hög energitäthet, lång livslängd och ett brett driftstemperaturområde, bland vilka själva kärnan är den solida elektrolyten.

Fasta elektrolyter i oxider kan delas in i kristallina och glasiga (amorfa) enligt materialstrukturen. Kristallina elektrolyter inkluderar perovskit-typ, NASICON-typ, LISICON-typ och granat, etc. Den glasartade oxidelektrolyten Forskningshotspoten är den elektrolyt av LiPON-typ som används i tunnfilmsbatterier.

Oxidkristallin fast elektrolyt har hög kemisk stabilitet och kan existera stabilt i atmosfären, vilket är fördelaktigt för storskalig produktion av helbatterier. Forskningsfokus är att förbättra jonledningsförmågan vid rumstemperatur och dess kompatibilitet med elektroder. För närvarande är metoderna för att förbättra konduktiviteten huvudsakligen utbyte av element och dopning av heterovalent element, och kompatibilitet med elektroder är också en viktig fråga som begränsar dess tillämpning.

Den mest typiska sulfidkristallina fasta elektrolyten är tio-LISICON, som först upptäcktes av professor KANNO från Tokyo Institute of Technology i Li2S-GeS2-P2S-systemet. Den kemiska sammansättningen är Li4-xGe1-xPxS4, och jonledningsförmågan vid rumstemperatur är så hög som 2,2 × 10. -3S / cm (där x=0,75) och den elektroniska konduktiviteten kan ignoreras. Den allmänna kemiska formeln för tio-LISICON är Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, etc., B=P, Al, Zn, etc.).

Den fasta elektrolyten av sulfidglas består vanligtvis av P2S5, SiS2, B2S3 och andra nätverksbildare och nätverksmodifierare Li2S. Systemet innehåller huvudsakligen Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Kompositionen har ett brett variationsområde, hög konduktivitet vid rumstemperatur, hög termisk stabilitet, god säkerhetsprestanda och ett brett elektrokemiskt stabilitetsfönster (upp till 5V). Den har enastående fördelar med högeffektiva och höga temperaturer i halvledarbatterier och har stor potential för halvledarbatterielektrolytmaterial.

Den polymera fasta elektrolyten består av polymermatris (såsom polyester, polymeras och polyamin, etc.) och litiumsalt (såsom LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, etc.), på grund av dess lätta vikt, goda viskoelasticitet och utmärkta mekanisk bearbetningsprestanda Och andra egenskaper har fått stor uppmärksamhet.

Vanliga SPE inkluderar polyetylenoxid (PEO), polyakrylnitril (PAN), polyvinylidenfluorid (PVDF), polymetylmetakrylat (PMMA), polypropylenoxid (PPO), polyvinylidenklorid (PVDC) och enkeljonpolymerelektrolytsystem.

För närvarande är den vanliga SPE-matrisen fortfarande den första föreslagna PEO och dess derivat, främst på grund av stabiliteten hos PEO till metallitium och dess förmåga att bättre dissociera litiumsalter.

LiPON-elektrolyten är tillverkad av Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i USA. Litiumfosforoxynitrid (LiPON) -elektrolytfilmen bereddes genom att förstofta ett Li3P04-mål med hög renhet med användning av en radiofrekvensmagnetronförstoftningsanordning i en kväveatmosfär med hög renhet.

Det är underförstått att materialet har utmärkt omfattande prestanda, jonisk konduktivitet vid rumstemperatur är 2,3 × 10-6S / cm, elektrokemiskt fönster är 5,5V (http://vs.Li/Li+), termisk stabilitet är bra och positiva elektroder såsom LiCoO2, LiMn2O4 och negativa elektroder såsom litiummetall och litiumlegering har god kompatibilitet. Den joniska ledningsförmågan hos LiPON-filmen beror på den amorfa strukturen och N-innehållet i filmmaterialet. Ökningen av N-innehållet kan förbättra den joniska konduktiviteten.