Vantaggi dell'applicazione dell'elettrolita solido

L'elettrolita solido è una tendenza nello sviluppo di elettroliti per batterie al litio in futuro, perché la tecnologia delle batterie a elettrolita solido si è sviluppata fino ad oggi. Da un punto di vista tecnico, gli elettroliti solidi possono essere suddivisi in elettroliti di ossido, elettroliti solfuri, elettroliti polimerici organici ed elettroliti LiPON. Si può dire che è relativamente maturo, ma ha anche incontrato un collo di bottiglia. La nascita di una nuova generazione di tecnologia è urgente, soprattutto nel campo della nuova energia. Si prevede che le batterie allo stato solido diventeranno le più attraenti tra le tecnologie delle batterie di potenza di prossima generazione. Poiché le batterie allo stato solido non solo hanno una maturità tecnologica relativamente elevata, molte aziende di batterie agli ioni di litio nazionali e straniere hanno anche considerato la tecnologia delle batterie allo stato solido come un'importante riserva tecnologica di prossima generazione.

All'inizio dello sviluppo della tecnologia delle batterie allo stato solido, a causa della conducibilità relativamente bassa dei materiali elettrolitici solidi, l'attenzione della ricerca e dello sviluppo era principalmente sul miglioramento della conduttività degli elettroliti solidi. Pertanto, gli elettroliti solfuri solidi e gli elettroliti solidi ossidi con elevata conduttività ionica hanno attirato un'ampia gamma di attenzione.

Le batterie agli ioni di litio a stato solido utilizzano elettroliti solidi invece dei tradizionali elettroliti liquidi organici, che possono risolvere i problemi di sicurezza delle batterie e sono fonti di energia chimica ideali per veicoli elettrici e accumulo di energia su larga scala. La chiave è preparare elettroliti solidi con conducibilità a temperatura ambiente elevata e stabilità elettrochimica, nonché materiali per elettrodi ad alta energia adatti a tutte le batterie agli ioni di litio allo stato solido e migliorare la compatibilità dell'interfaccia elettrodo / elettrolita solido.

Le batterie al litio a stato solido sono sviluppate sulla base di batterie al litio. Rispetto alle tradizionali batterie al litio, principalmente non utilizzano più liquido o gel come materiale conduttivo tra gli elettrodi positivo e negativo, il che migliora notevolmente la sicurezza dell'auto e la capacità di resistere alle alte temperature. . Presenta i vantaggi di un'elevata sicurezza, un'elevata densità di energia, un lungo ciclo di vita e un ampio intervallo di temperature di esercizio, tra cui il nucleo è l'elettrolita solido.

Gli elettroliti solidi di ossido possono essere suddivisi in cristallini e vetrosi (amorfi) in base alla struttura del materiale. Gli elettroliti cristallini includono il tipo perovskite, il tipo NASICON, il tipo LISICON e il tipo granato, ecc. L'elettrolita di ossido vetroso L'hotspot di ricerca è l'elettrolita di tipo LiPON utilizzato nelle batterie a film sottile.

L'elettrolita solido cristallino di ossido ha un'elevata stabilità chimica e può esistere stabilmente nell'atmosfera, il che è vantaggioso per la produzione su larga scala di batterie allo stato solido. L'obiettivo della ricerca è migliorare la conduttività ionica a temperatura ambiente e la sua compatibilità con gli elettrodi. Attualmente, i metodi per migliorare la conduttività sono principalmente la sostituzione degli elementi e il drogaggio degli elementi eterovalenti, e anche la compatibilità con gli elettrodi è una questione importante che ne limita l'applicazione.

L'elettrolita solido cristallino solfuro più tipico è il tio-LISICON, scoperto per la prima volta dal professor KANNO del Tokyo Institute of Technology nel sistema Li2S-GeS2-P2S. La composizione chimica è Li4-xGe1-xPxS4 e la conduttività ionica a temperatura ambiente è pari a 2,2 × 10. -3S / cm (dove x=0,75) e la conducibilità elettronica può essere ignorata. La formula chimica generale di tio-LISICON è Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, ecc., B=P, Al, Zn, ecc.).

L'elettrolita solido di vetro solfuro è solitamente composto da P2S5, SiS2, B2S3 e altri formatori di rete e modificatore di rete Li2S. Il sistema include principalmente Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. La composizione ha un ampio intervallo di variazione, conducibilità ionica a temperatura ambiente elevata, elevata stabilità termica, buone prestazioni di sicurezza e ampia finestra di stabilità elettrochimica (fino a 5 V). Presenta vantaggi eccezionali nelle batterie allo stato solido ad alta potenza e alta temperatura e ha un grande potenziale dei materiali elettrolitici delle batterie allo stato solido.

L'elettrolita solido polimerico è composto da matrice polimerica (come poliestere, polimerasi e poliammina, ecc.) E sale di litio (come LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, ecc.), A causa del suo peso leggero, buona viscoelasticità ed eccellente prestazioni di lavorazione meccanica E altre caratteristiche hanno ricevuto un'attenzione diffusa.

Le SPE comuni includono polietilene ossido (PEO), poliacrilonitrile (PAN), polivinilidene fluoruro (PVDF), polimetilmetacrilato (PMMA), polipropilene ossido (PPO), polivinilidene cloruro (PVDC) e sistemi elettrolitici polimerici a ione singolo.

Allo stato attuale, la matrice SPE principale è ancora la prima PEO proposta e suoi derivati, principalmente a causa della stabilità della PEO al litio metallico e della sua capacità di dissociare meglio i sali di litio.

L'elettrolita LiPON è prodotto dall'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) negli Stati Uniti. Il film elettrolitico di ossinitruro di litio fosforo (LiPON) è stato preparato spruzzando un bersaglio Li3P04 di elevata purezza utilizzando un dispositivo di spruzzatura magnetron a radiofrequenza in un'atmosfera di azoto ad alta purezza.

Resta inteso che il materiale ha prestazioni complete eccellenti, la conduttività ionica a temperatura ambiente è 2,3 × 10-6S / cm, la finestra elettrochimica è 5,5 V (http://vs.Li/Li+), la stabilità termica è buona e gli elettrodi positivi come LiCoO2, LiMn2O4 e gli elettrodi negativi come il litio metallico e la lega di litio hanno una buona compatibilità. La conducibilità ionica del film LiPON dipende dalla struttura amorfa e dal contenuto di N nel materiale del film. L'aumento del contenuto di N può migliorare la conducibilità ionica.