Prednosti uporabe trdnega elektrolita

Trdni elektrolit je trend razvoja elektrolitov litijevih baterij v prihodnosti, saj se je tehnologija trdnih elektrolitskih baterij razvila do danes. S tehničnega vidika lahko trdne elektrolite razdelimo na oksidne elektrolite, sulfidne elektrolite, organske polimerne elektrolite in elektrolite LiPON. Lahko rečemo, da je razmeroma zrel, vendar je naletel tudi na ozko grlo. Nujno je potrebno rojstvo nove generacije tehnologije, zlasti na področju nove energije. Polprevodniške baterije naj bi postale najbolj privlačne med tehnologijami naslednjih generacij baterij. Ker polprevodniške baterije nimajo le relativno visoke tehnološke zrelosti, so številna domača in tuja podjetja z litij-ionskimi baterijami tudi tehnologijo polprevodniških baterij štele za pomembno rezervo tehnologije naslednje generacije.

V zgodnjem razvoju tehnologije polprevodniških baterij so bile zaradi razmeroma nizke prevodnosti trdnih elektrolitskih materialov poudarek raziskav in razvoja večinoma na izboljšanju prevodnosti trdnih elektrolitov. Zato so sulfidni trdni elektroliti in oksidni trdni elektroliti z visoko ionsko prevodnostjo pritegnili široko pozornost.

Polprevodniške litij-ionske baterije uporabljajo trdne elektrolite namesto tradicionalnih organskih tekočih elektrolitov, ki lahko dobro rešijo vprašanja varnosti baterij in so idealen kemični vir energije za električna vozila in obsežno shranjevanje energije. Ključno je pripraviti trdne elektrolite z visoko prevodnostjo sobne temperature in elektrokemično stabilnostjo, pa tudi visokoenergijske elektrode, primerne za vse polprevodniške litij-ionske baterije, in izboljšati združljivost vmesnika elektroda / trdni elektrolit.

Polprevodniške litijeve baterije so razvite na osnovi litijevih baterij. V primerjavi s tradicionalnimi litijevimi baterijami kot prevodni material med pozitivno in negativno elektrodo v glavnem ne uporabljajo več tekočine ali gela, kar močno izboljša varnost avtomobila in zmožnost vzdržati visoke temperature. . Ima prednosti visoke varnosti, visoke energijske gostote, dolge življenjske dobe in širokega razpona delovnih temperatur, med katerimi je samo jedro trdni elektrolit.

Trdne oksidne elektrolite lahko glede na strukturo materiala razdelimo na kristalne in steklaste (amorfne). Kristalinični elektroliti vključujejo tip perovskit, tip NASICON, tip LISICON in granat itd. Steklenoksidni elektrolit Raziskovalna vroča točka je elektrolit tipa LiPON, ki se uporablja v tankoslojnih baterijah.

Trdni oksidni elektrolit ima visoko kemijsko stabilnost in lahko stabilno obstaja v ozračju, kar je koristno za obsežno proizvodnjo polprevodniških baterij. Poudarek raziskave je izboljšati ionsko prevodnost sobne temperature in njeno združljivost z elektrodami. Trenutno so metode za izboljšanje prevodnosti predvsem nadomeščanje elementov in heterovalentno dopiranje elementov, združljivost z elektrodami pa je prav tako pomembno vprašanje, ki omejuje njegovo uporabo.

Najznačilnejši sulfidni kristalinični trdni elektrolit je tio-LISICON, ki ga je v sistemu Li2S-GeS2-P2S prvič odkril profesor KANNO s Tokijskega tehnološkega inštituta. Kemična sestava je Li4-xGe1-xPxS4, prevodnost ionov pri sobni temperaturi pa je 2,2 × 10. -3S / cm (kjer je x=0,75), elektronsko prevodnost pa je mogoče prezreti. Splošna kemijska formula tio-LISICONA je Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si itd., B=P, Al, Zn itd.).

Trden elektrolit iz sulfidnega stekla je običajno sestavljen iz P2S5, SiS2, B2S3 in drugih oblikovalcev omrežja ter modifikatorja omrežja Li2S. Sistem vključuje predvsem Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Sestava ima širok razpon variacij, ionsko prevodnost pri visoki sobni temperaturi, visoko toplotno stabilnost, dobro varnost in široko okno elektrokemične stabilnosti (do 5V) Ima izjemne prednosti polprevodniških baterij visoke in nizke temperature in ima velik potencial elektrolitskih materialov v polprevodniških baterijah.

Polimerni trdni elektrolit je sestavljen iz polimerne matrice (kot so poliester, polimeraza in poliamin itd.) In litijeve soli (kot so LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 itd.) Zaradi svoje lahke teže, dobre viskoelastičnosti in odlične učinkovitost mehanske obdelave In druge značilnosti so bile deležne široke pozornosti.

Med običajne SPE spadajo polietilen oksid (PEO), poliakrilonitril (PAN), poliviniliden fluorid (PVDF), polimetilmetakrilat (PMMA), polipropilen oksid (PPO), polivinilidenklorid (PVDC) in monoionski polimerni elektrolitski sistemi.

Trenutno je glavna matrika SPE še vedno prvi predlagani PEO in njegovi derivati, predvsem zaradi stabilnosti PEO na kovinski litij in njegove sposobnosti, da bolje disociira litijeve soli.

Elektrolit LiPON izdeluje Nacionalni laboratorij Oak Ridge (ORNL) v ZDA. Elektrolitski film iz litijevega fosforjevega oksitnitrida (LiPON) smo pripravili z brizganjem tarče Li3P04 visoke čistosti z uporabo radiofrekvenčne magnetronske brizgalne naprave v dušikovi atmosferi z visoko čistostjo.

Razume se, da ima material odlične celovite lastnosti, ionska prevodnost pri sobni temperaturi je 2,3 × 10-6S / cm, elektrokemijsko okno je 5,5 V (http://vs.Li/Li+), toplotna stabilnost je dobra , in pozitivne elektrode, kot so LiCoO2, LiMn2O4, in negativne elektrode, kot sta litijeva kovina in litijeva zlitina, imajo dobro združljivost. Ionska prevodnost filma LiPON je odvisna od amorfne strukture in vsebnosti N v filmskem materialu. Povečanje vsebnosti N lahko izboljša ionsko prevodnost.