Katı Elektrolitin Uygulama Avantajları

Katı elektrolit, gelecekte lityum pil elektrolitlerinin geliştirilmesinde bir eğilimdir, çünkü katı elektrolit pil teknolojisi günümüze kadar gelişmiştir. Teknik açıdan, katı elektrolitler oksit elektrolitlerine, sülfür elektrolitlerine, organik polimer elektrolitlerine ve LiPON elektrolitlerine bölünebilir. Nispeten olgun olduğu söylenebilir, ancak aynı zamanda bir darboğazla da karşılaşmıştır. Yeni nesil teknolojinin doğuşuna, özellikle yeni enerji alanında acilen ihtiyaç duyulmaktadır. Katı hal pillerin, yeni nesil pil teknolojileri arasında en çekici olanı olması bekleniyor. Tamamen katı hal piller yalnızca nispeten yüksek teknolojik olgunluğa sahip olmadıkları için, birçok yerli ve yabancı lityum iyon pil şirketi de tamamen katı hal pil teknolojisini önemli bir yeni nesil teknoloji rezervi olarak görmüştür.

Katı hal pil teknolojisinin erken gelişiminde, katı elektrolit malzemelerin nispeten düşük iletkenliği nedeniyle, araştırma ve geliştirmenin odak noktası çoğunlukla katı elektrolitlerin iletkenliğini iyileştirmekti. Bu nedenle, yüksek iyonik iletkenliğe sahip sülfit katı elektrolitler ve oksit katı elektrolitler geniş bir ilgi alanı çekmiştir.

Tamamen katı hal lityum iyon piller, geleneksel organik sıvı elektrolitler yerine katı elektrolitler kullanır, bu da pil güvenliği sorunlarını çözebilir ve elektrikli araçlar ve büyük ölçekli enerji depolaması için ideal kimyasal güç kaynaklarıdır. Anahtar, yüksek oda sıcaklığı iletkenliği ve elektrokimyasal stabiliteye sahip katı elektrolitlerin yanı sıra tüm katı hal lityum iyon piller için uygun yüksek enerjili elektrot malzemeleri hazırlamak ve elektrot / katı elektrolit arayüzünün uyumluluğunu iyileştirmektir.

Katı hal lityum piller, lityum piller temel alınarak geliştirilmiştir. Geleneksel lityum pillerle karşılaştırıldığında, artık pozitif ve negatif elektrotlar arasında iletken malzeme olarak sıvı veya jel kullanmıyorlar, bu da otomobilin güvenliğini ve yüksek sıcaklıklara dayanma kabiliyetini büyük ölçüde artırıyor. . Yüksek güvenlik, yüksek enerji yoğunluğu, uzun çevrim ömrü ve geniş çalışma sıcaklığı aralığı gibi avantajlara sahiptir, bunların arasında en özü katı elektrolittir.

Oksit katı elektrolitler, malzeme yapısına göre kristal ve camsı (amorf) olmak üzere ikiye ayrılabilir. Kristalin elektrolitler arasında perovskit tipi, NASICON tipi, LISICON tipi ve granat tipi vb. Yer alır. Camsı oksit elektrolit Araştırma sıcak noktası, ince film pillerde kullanılan LiPON tipi elektrolittir.

Oksit kristalli katı elektrolit, yüksek kimyasal stabiliteye sahiptir ve atmosferde kararlı bir şekilde var olabilir; bu, tamamen katı haldeki pillerin büyük ölçekli üretimi için faydalıdır. Araştırma odağı, oda sıcaklığı iyonik iletkenliğini ve elektrotlarla uyumluluğunu iyileştirmektir. Şu anda, iletkenliği iyileştirme yöntemleri esas olarak eleman değiştirme ve heterovalent eleman katkısıdır ve elektrotlarla uyumluluk da uygulamasını kısıtlayan önemli bir konudur.

En tipik sülfit kristal katı elektrolit, ilk olarak Li2S-GeS2-P2S sisteminde Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden Profesör KANNO tarafından keşfedilen tiyo-LISICON'dur. Kimyasal bileşim Li4-xGe1-xPxS4'tür ve oda sıcaklığı iyon iletkenliği 2,2 × 10 kadar yüksektir. -3S / cm (burada x=0.75) ve elektronik iletkenlik göz ardı edilebilir. Tio-LISICON'un genel kimyasal formülü Li4-xGe1-xPxS4'tür (A=Ge, Si, vb., B=P, Al, Zn, vb.).

Sülfit cam katı elektrolit genellikle P2S5, SiS2, B2S3 ve diğer ağ oluşturucular ve ağ değiştirici Li2S'den oluşur. Sistem esas olarak Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3'ü içerir. Bileşim geniş bir varyasyon aralığına, yüksek oda sıcaklığında iyon iletkenliğine, yüksek termal stabiliteye, iyi güvenlik performansına ve geniş elektrokimyasal stabilite penceresine (5V'a kadar) sahiptir. Yüksek güçlü ve yüksek düşük sıcaklıklı katı hal pillerinde olağanüstü avantajlara sahiptir ve katı hal pil elektrolit malzemelerinden büyük bir potansiyele sahiptir.

Polimer katı elektrolit, hafifliği, iyi viskoelastisitesi ve mükemmel olması nedeniyle polimer matris (polyester, polimeraz ve poliamin vb.) Ve lityum tuzundan (LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 vb.) Oluşur. mekanik işlem performansı Ve diğer özellikler geniş ilgi gördü.

Yaygın SPE'ler arasında polietilen oksit (PEO), poliakrilonitril (PAN), poliviniliden florür (PVDF), polimetilmetakrilat (PMMA), polipropilen oksit (PPO), poliviniliden klorür (PVDC) ve tek iyonlu polimer elektrolit sistemleri bulunur.

Şu anda, ana akım SPE matrisi, esas olarak PEO'nun metal lityuma karşı stabilitesi ve lityum tuzlarını daha iyi ayrıştırma kabiliyeti nedeniyle hala önerilen ilk PEO ve türevleridir.

LiPON elektroliti, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL) tarafından üretilmektedir. Lityum fosfor oksinitrür (LiPON) elektrolit filmi, yüksek saflıkta bir nitrojen atmosferinde bir radyo frekansı magnetron püskürtme cihazı kullanılarak yüksek saflıkta bir Li3P04 hedefinin püskürtülmesiyle hazırlandı.

Malzemenin mükemmel kapsamlı performansa sahip olduğu, oda sıcaklığında iyonik iletkenliğin 2.3 × 10-6S / cm, elektrokimyasal pencerenin 5.5V (http://vs.Li/Li+) olduğu, termal stabilitenin iyi olduğu anlaşılmaktadır. LiCoO2, LiMn2O4 gibi Pozitif elektrotlar ve lityum metal ve lityum alaşımı gibi negatif elektrotlar iyi uyumluluğa sahiptir. LiPON filmin iyonik iletkenliği, film malzemesindeki amorf yapıya ve N içeriğine bağlıdır. N içeriğinin artışı iyonik iletkenliği geliştirebilir.