Vantagens de aplicação do eletrólito sólido

O eletrólito sólido é uma tendência no desenvolvimento de eletrólitos de bateria de lítio no futuro, porque a sólida tecnologia de bateria de eletrólitos se desenvolveu até hoje. Do ponto de vista técnico, eletrólitos sólidos podem ser divididos em eletrólitos de óxido, eletrólitos de sulfeto, eletrólitos de polímeros orgânicos e eletrólitos lipon. Pode-se dizer que é relativamente maduro, mas também encontrou um gargalo. O nascimento de uma nova geração de tecnologia é urgentemente necessário, especialmente no campo da nova energia. Espera-se que as baterias de estado sólido se tornem as mais atraentes entre as tecnologias de bateria de energia de próxima geração. Como as baterias de estado sólido não só têm maturidade tecnológica relativamente alta, muitas empresas de baterias de íons de lítio nacionais e estrangeiras também consideraram a tecnologia de baterias de estado sólido como uma importante reserva tecnológica de última geração.

No desenvolvimento inicial da tecnologia de baterias de estado sólido, devido à condutividade relativamente baixa de materiais eletrólitos sólidos, o foco da pesquisa e desenvolvimento foi principalmente melhorar a condutividade dos eletrólitos sólidos. Portanto, eletrólitos sólidos de sulfeto e eletrólitos sólidos de óxido com alta condutividade iônica têm atraído uma ampla gama de atenção.

As baterias de íons de lítio de estado sólido usam eletrólitos sólidos em vez de eletrólitos líquidos orgânicos tradicionais, que podem resolver problemas de segurança da bateria e são fontes de energia química ideais para veículos elétricos e armazenamento de energia em larga escala. A chave é preparar eletrólitos sólidos com condutividade de alta temperatura ambiente e estabilidade eletroquímica, bem como materiais eletrodos de alta energia adequados para todas as baterias de íons de lítio de estado sólido, e melhorar a compatibilidade da interface eletrodo/eletrólito sólido.

As baterias de lítio de estado sólido são desenvolvidas com base em baterias de lítio. Em comparação com as baterias tradicionais de lítio, elas não usam mais líquido ou gel como material condutor entre os eletrodos positivos e negativos, o que melhora muito a segurança do carro e a capacidade de suportar altas temperaturas. . Tem as vantagens de alta segurança, alta densidade energética, longa vida útil do ciclo e ampla faixa de temperatura de operação, entre as quais o próprio núcleo é o eletrólito sólido.

Os eletrólitos sólidos de óxido podem ser divididos em cristalinos e vidrados (amorfo) de acordo com a estrutura material. Os eletrólitos cristalinos incluem tipo perovskite, tipo NASICON, tipo LISICON e tipo de granada, etc. O eletrólito de óxido vidrado O ponto de pesquisa é o eletrólito tipo LiPON usado em baterias de filme fino.

O eletrólito cristalino de óxido tem alta estabilidade química e pode existir de forma estável na atmosfera, o que é benéfico para a produção em larga escala de baterias de estado sólido. O foco da pesquisa é melhorar a condutividade iônica da temperatura ambiente e sua compatibilidade com eletrodos. Atualmente, os métodos para melhorar a condutividade são principalmente a substituição de elementos e o doping de elementos heterovalentes, e a compatibilidade com eletrodos também é uma questão importante que restringe sua aplicação.

O eletrólito cristalino cristalino mais típico é o thio-LISICON, que foi descoberto pela primeira vez pelo Professor KANNO do Instituto de Tecnologia de Tóquio no sistema Li2S-GeS2-P2S. A composição química é Li4-xGe1-xPxS4, e a condutividade de íons de temperatura ambiente é tão alta quanto 2,2×10. -3S/cm (onde x=0,75) e a condutividade eletrônica podem ser ignoradas. A fórmula química geral do thio-LISICON é Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, etc., B=P, Al, Zn, etc.).

O eletrólito sólido de vidro sulfeto é geralmente composto por P2S5, SiS2, B2S3 e outros tipos de rede e modificador de rede Li2S. O sistema inclui principalmente Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. A composição tem uma ampla faixa de variação, condutividade de íons de alta temperatura ambiente, alta estabilidade térmica, bom desempenho de segurança e ampla janela de estabilidade eletroquímica (até 5V). Possui excelentes vantagens em baterias de estado sólido de alta potência e de alta temperatura e tem grande potencial de materiais de eletrólitos de bateria de estado sólido.

O eletrólito sólido do polímero é composto por matriz de polímeros (como poliéster, polimerase e poliamina, etc.) e sal de lítio (como LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, etc.), devido ao seu peso leve, boa viscoelasticidade e excelente desempenho de processamento mecânico E outras características têm recebido atenção generalizada.

As SPEs comuns incluem óxido de polietileno (PEO), poliacrilonitrila (PAN), flúor de polivinida (PVDF), polimetilmetacrilato (PMMA), óxido de polipropileno (PPO), cloreto de polivinida (PVDC) e sistemas de eletrólito de polímero de íon único.

Atualmente, a matriz spe mainstream ainda é o primeiro PEO proposto e seus derivados, principalmente devido à estabilidade do PEO ao lítio metálico e sua capacidade de melhor dissociar os sais de lítio.

O eletrólito LiPON é feito pelo Oak Ridge National Laboratory (ORNL) nos Estados Unidos. O filme de eletrólitos de fósforo de lítio (LiPON) foi preparado por um alvo li3P04 de alta pureza usando um dispositivo de sputtering de magnetron de radiofrequência em uma atmosfera de nitrogênio de alta pureza.

Entende-se que o material tem excelente desempenho abrangente, a condutividade iônica da temperatura ambiente é 2,3×10-6S/cm, a janela eletroquímica é de 5,5V (http://vs.Li/Li+), a estabilidade térmica é boa, e eletrodos positivos como LiCoO2, LiMn2O4, e eletrodos negativos como metal de lítio e liga de lítio têm boa compatibilidade. A condutividade iônica do filme LiPON depende da estrutura amorfa e do conteúdo N no material do filme. O aumento do conteúdo N pode melhorar a condutividade iônica.