Zalety aplikacji stałego elektrolitu

Elektrolit stały to trend w rozwoju elektrolitów do akumulatorów litowych w przyszłości, ponieważ technologia akumulatorów z elektrolitem stałym rozwija się do dziś. Z technicznego punktu widzenia elektrolity stałe można podzielić na elektrolity tlenkowe, elektrolity siarczkowe, organiczne elektrolity polimerowe i elektrolity LiPON. Można powiedzieć, że jest stosunkowo dojrzały, ale napotkał też wąskie gardło. Pilnie potrzebne są narodziny nowej generacji technologii, zwłaszcza w dziedzinie nowej energii. Oczekuje się, że akumulatory półprzewodnikowe staną się najbardziej atrakcyjnymi spośród technologii akumulatorów nowej generacji. Ponieważ akumulatory w całości półprzewodnikowe mają nie tylko stosunkowo wysoką dojrzałość technologiczną, wiele krajowych i zagranicznych firm produkujących akumulatory litowo-jonowe również uznało technologię całkowicie półprzewodnikową za ważną rezerwę technologiczną nowej generacji.

Na wczesnym etapie rozwoju technologii akumulatorów półprzewodnikowych, ze względu na stosunkowo niską przewodność materiałów z elektrolitem stałym, badania i rozwój koncentrowały się głównie na poprawie przewodnictwa elektrolitów stałych. Dlatego też stałe elektrolity siarczkowe i stałe elektrolity tlenkowe o wysokiej przewodności jonowej przyciągały wiele uwagi.

W pełni półprzewodnikowe akumulatory litowo-jonowe wykorzystują elektrolity stałe zamiast tradycyjnych organicznych elektrolitów ciekłych, które mogą dobrze rozwiązać problemy z bezpieczeństwem akumulatorów i są idealnymi chemicznymi źródłami energii dla pojazdów elektrycznych i magazynowania energii na dużą skalę. Kluczem jest przygotowanie stałych elektrolitów o przewodności w wysokiej temperaturze pokojowej i stabilności elektrochemicznej, a także materiałów elektrod o wysokiej energii odpowiednich do wszystkich litowo-jonowych akumulatorów półprzewodnikowych oraz poprawa kompatybilności interfejsu elektroda / elektrolit stały.

Półprzewodnikowe baterie litowe są opracowywane w oparciu o baterie litowe. W porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami litowymi przeważnie nie używają już cieczy lub żelu jako materiału przewodzącego między elektrodami dodatnimi i ujemnymi, co znacznie poprawia bezpieczeństwo samochodu i odporność na wysokie temperatury. . Ma zalety w postaci wysokiego bezpieczeństwa, wysokiej gęstości energii, długiego cyklu życia i szerokiego zakresu temperatur roboczych, wśród których samym rdzeniem jest elektrolit stały.

Stałe elektrolity tlenkowe można podzielić na krystaliczne i szkliste (bezpostaciowe) w zależności od struktury materiału. Elektrolity krystaliczne obejmują perowskit, NASICON, LISICON i granat, itp. Elektrolit tlenku szklistego Punktem badawczym jest elektrolit typu LiPON stosowany w bateriach cienkowarstwowych.

Stały elektrolit krystaliczny tlenku ma wysoką stabilność chemiczną i może stabilnie istnieć w atmosferze, co jest korzystne dla produkcji na dużą skalę akumulatorów w stanie stałym. Przedmiotem badań jest poprawa przewodności jonowej w temperaturze pokojowej i jej kompatybilności z elektrodami. Obecnie metody poprawy przewodnictwa to głównie wymiana pierwiastków i domieszkowanie pierwiastków heterowalencyjnych, a kompatybilność z elektrodami jest również ważną kwestią ograniczającą jej zastosowanie.

Najbardziej typowym stałym elektrolitem krystalicznym siarczku jest tio-LISICON, który po raz pierwszy został odkryty przez profesora KANNO z Tokyo Institute of Technology w układzie Li2S-GeS2-P2S. Skład chemiczny to Li4-xGe1-xPxS4, a przewodność jonowa w temperaturze pokojowej wynosi aż 2,2 × 10. -3S / cm (gdzie x=0,75), a przewodność elektronową można zignorować. Ogólny wzór chemiczny tio-LISICONU to Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, itd., B=P, Al, Zn itd.).

Stały elektrolit ze szkła siarczkowego składa się zwykle z P2S5, SiS2, B2S3 i innych formatorów sieci oraz modyfikatora sieci Li2S. System obejmuje głównie Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Kompozycja ma szeroki zakres zmienności, przewodność jonową w wysokiej temperaturze pokojowej, wysoką stabilność termiczną, dobre parametry bezpieczeństwa i szerokie okno stabilności elektrochemicznej (do 5 V). Ma wyjątkowe zalety w akumulatorach półprzewodnikowych o dużej mocy i niskich temperaturach i ma duży potencjał materiałów elektrolitycznych akumulatorów półprzewodnikowych.

Stały elektrolit polimerowy składa się z matrycy polimerowej (takiej jak poliester, polimeraza i poliamina itp.) Oraz soli litu (takiej jak LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 itp.), Ze względu na niewielką wagę, dobrą lepkosprężystość i doskonałe wydajność obróbki mechanicznej Powszechnie zwracano uwagę na inne cechy.

Typowe SPE obejmują tlenek polietylenu (PEO), poliakrylonitryl (PAN), polifluorek winylidenu (PVDF), polimetakrylan metylu (PMMA), tlenek polipropylenu (PPO), polichlorek winylidenu (PVDC) i układy elektrolitów polimerowych z pojedynczym jonem.

Obecnie głównym nurtem matrycy SPE jest wciąż pierwszy proponowany PEO i jego pochodne, głównie ze względu na stabilność PEO do metalu litu i jego zdolność do lepszej dysocjacji soli litu.

Elektrolit LiPON jest produkowany przez Oak Ridge National Laboratory (ORNL) w Stanach Zjednoczonych. Warstwa elektrolitu z tlenoazotku litu i fosforu (LiPON) została przygotowana przez rozpylanie tarczy Li3P04 o wysokiej czystości za pomocą urządzenia do rozpylania magnetronowego o częstotliwości radiowej w atmosferze azotu o wysokiej czystości.

Rozumie się, że materiał ma doskonałe kompleksowe właściwości, przewodność jonowa w temperaturze pokojowej wynosi 2,3 × 10-6S / cm, okno elektrochemiczne wynosi 5,5 V (http://vs.Li/Li+), stabilność termiczna jest dobra oraz elektrody dodatnie, takie jak LiCoO2, LiMn2O4, i elektrody ujemne, takie jak lit metaliczny i stop litu, mają dobrą kompatybilność. Przewodność jonowa folii LiPON zależy od amorficznej struktury i zawartości N w materiale folii. Wzrost zawartości N może poprawić przewodnictwo jonowe.