Ventajas de la aplicación del electrolito sólido

El electrolito sólido es una tendencia en el desarrollo de electrolitos de batería de litio en el futuro, porque la tecnología de batería de electrolito sólido se ha desarrollado hasta hoy. Desde una perspectiva técnica, los electrolitos sólidos se pueden dividir en electrolitos de óxido, electrolitos de sulfuro, electrolitos de polímeros orgánicos y electrolitos de LiPON. Se puede decir que está relativamente maduro, pero también ha encontrado un cuello de botella. Se necesita con urgencia el nacimiento de una nueva generación de tecnología, especialmente en el campo de las nuevas energías. Se espera que las baterías de estado sólido se conviertan en las más atractivas entre las tecnologías de baterías de energía de próxima generación. Debido a que las baterías totalmente de estado sólido no solo tienen una madurez tecnológica relativamente alta, muchas empresas de baterías de iones de litio nacionales y extranjeras también han considerado la tecnología de baterías totalmente de estado sólido como una importante reserva tecnológica de próxima generación.

En el desarrollo inicial de la tecnología de baterías de estado sólido, debido a la conductividad relativamente baja de los materiales de electrolitos sólidos, la investigación y el desarrollo se centraron principalmente en mejorar la conductividad de los electrolitos sólidos. Por lo tanto, los electrolitos sólidos de sulfuro y los electrolitos sólidos de óxido con alta conductividad iónica han atraído una amplia gama de atención.

Las baterías de iones de litio de estado sólido utilizan electrolitos sólidos en lugar de electrolitos líquidos orgánicos tradicionales, que pueden resolver muy bien los problemas de seguridad de las baterías y son fuentes de energía química ideales para vehículos eléctricos y almacenamiento de energía a gran escala. La clave es preparar electrolitos sólidos con alta conductividad a temperatura ambiente y estabilidad electroquímica, así como materiales de electrodo de alta energía adecuados para todas las baterías de iones de litio de estado sólido, y mejorar la compatibilidad de la interfaz electrodo / electrolito sólido.

Las baterías de litio de estado sólido se desarrollan a partir de baterías de litio. En comparación con las baterías de litio tradicionales, principalmente ya no utilizan líquido o gel como material conductor entre los electrodos positivo y negativo, lo que mejora enormemente la seguridad del automóvil y la capacidad de soportar altas temperaturas. . Tiene las ventajas de alta seguridad, alta densidad de energía, ciclo de vida prolongado y amplio rango de temperatura de funcionamiento, entre los cuales el núcleo mismo es el electrolito sólido.

Los electrolitos de óxido sólido se pueden dividir en cristalinos y vítreos (amorfos) según la estructura del material. Los electrolitos cristalinos incluyen el tipo perovskita, el tipo NASICON, el tipo LISICON y el tipo granate, etc. El electrolito de óxido vítreo El punto caliente de investigación es el electrolito tipo LiPON utilizado en las baterías de película fina.

El electrolito sólido cristalino de óxido tiene una alta estabilidad química y puede existir de manera estable en la atmósfera, lo que es beneficioso para la producción a gran escala de baterías totalmente de estado sólido. El objetivo de la investigación es mejorar la conductividad iónica a temperatura ambiente y su compatibilidad con los electrodos. En la actualidad, los métodos para mejorar la conductividad son principalmente el reemplazo de elementos y el dopaje de elementos heterovalentes, y la compatibilidad con electrodos también es un tema importante que restringe su aplicación.

El electrolito sólido cristalino de sulfuro más típico es el tio-LISICON, que fue descubierto por primera vez por el profesor KANNO del Instituto de Tecnología de Tokio en el sistema Li2S-GeS2-P2S. La composición química es Li4-xGe1-xPxS4, y la conductividad iónica a temperatura ambiente es tan alta como 2,2 × 10. -3S / cm (donde x=0,75), y la conductividad electrónica se puede ignorar. La fórmula química general de tio-LISICON es Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, etc., B=P, Al, Zn, etc.).

El electrolito sólido de vidrio de sulfuro generalmente se compone de P2S5, SiS2, B2S3 y otros formadores de red y modificador de red Li2S. El sistema incluye principalmente Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. La composición tiene un amplio rango de variación, conductividad iónica a temperatura ambiente alta, alta estabilidad térmica, buen rendimiento de seguridad y una amplia ventana de estabilidad electroquímica (hasta 5 V). Tiene ventajas sobresalientes en baterías de estado sólido de alta potencia y alta temperatura y tiene un gran potencial de materiales de electrolitos de baterías de estado sólido.

El electrolito polimérico sólido está compuesto por matriz polimérica (como poliéster, polimerasa y poliamina, etc.) y sal de litio (como LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, etc.), debido a su peso ligero, buena viscoelasticidad y excelente Rendimiento de procesamiento mecánico Y otras características han recibido una amplia atención.

Los SPEs comunes incluyen óxido de polietileno (PEO), poliacrilonitrilo (PAN), fluoruro de polivinilideno (PVDF), polimetilmetacrilato (PMMA), óxido de polipropileno (PPO), cloruro de polivinilideno (PVDC) y sistemas de electrolitos de polímero de ión único.

En la actualidad, la matriz SPE principal sigue siendo la primera PEO propuesta y sus derivados, principalmente debido a la estabilidad de PEO al litio metálico y su capacidad para disociar mejor las sales de litio.

El electrolito LiPON es fabricado por el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en los Estados Unidos. La película de electrolito de oxinitruro de litio y fósforo (LiPON) se preparó pulverizando un blanco Li3PO4 de alta pureza utilizando un dispositivo de pulverización catódica de magnetrón de radiofrecuencia en una atmósfera de nitrógeno de alta pureza.

Se entiende que el material tiene un excelente rendimiento integral, la conductividad iónica a temperatura ambiente es de 2,3 × 10-6S / cm, la ventana electroquímica es de 5,5 V (http://vs.Li/Li+), la estabilidad térmica es buena , y los electrodos positivos como LiCoO2, LiMn2O4 y los electrodos negativos como el metal de litio y la aleación de litio tienen buena compatibilidad. La conductividad iónica de la película de LiPON depende de la estructura amorfa y del contenido de N en el material de la película. El aumento del contenido de N puede mejorar la conductividad iónica.