Kiinteän elektrolyytin käyttöedut

Kiinteä elektrolyytti on trendi litiumparistojen elektrolyyttien kehityksessä tulevaisuudessa, koska kiinteiden elektrolyyttien paristoteknologia on kehittynyt tähän päivään saakka. Teknisestä näkökulmasta kiinteät elektrolyytit voidaan jakaa oksidielektrolyytteihin, sulfidielektrolyytteihin, orgaanisiin polymeerielektrolyytteihin ja LiPON-elektrolyytteihin. Voidaan sanoa, että se on suhteellisen kypsä, mutta siinä on myös pullonkaula. Uuden sukupolven teknologian syntyminen on kiireellistä, etenkin uuden energian alalla. Puolijohdeparistoista odotetaan tulevan houkuttelevin uuden sukupolven paristotekniikoiden joukossa. Koska täysjännitteisillä paristoilla on paitsi suhteellisen korkea tekninen kypsyys, monet kotimaiset ja ulkomaiset litiumioniakkuyhtiöt ovat myös pitäneet puolijohdeparistotekniikkaa tärkeänä seuraavan sukupolven tekniikkareservinä.

Kiinteän paristotekniikan varhaisessa kehityksessä kiinteiden elektrolyyttimateriaalien suhteellisen alhaisen johtokyvyn vuoksi tutkimus- ja kehitystoiminta keskittyi lähinnä kiinteiden elektrolyyttien johtokyvyn parantamiseen. Siksi kiinteät sulfidielektrolyytit ja kiinteät oksidielektrolyytit, joilla on korkea ionijohtavuus, ovat herättäneet laajan huomion.

Täysjännitteisissä litiumioniakuissa käytetään kiinteitä elektrolyyttejä perinteisten orgaanisten nestemäisten elektrolyyttien sijasta, mikä voi ratkaista paristojen turvallisuuteen liittyvät kysymykset ja ovat ihanteellisia kemiallisia virtalähteitä sähköajoneuvoille ja laajamittaiselle energian varastoinnille. Tärkeintä on valmistaa kiinteitä elektrolyyttejä, joilla on korkea huoneenlämmönjohtavuus ja sähkökemiallinen vakaus, sekä korkean energian elektrodimateriaaleja, jotka soveltuvat kaikkiin kiinteän olomuodon litiumioniakkuihin, ja parantaa elektrodi / kiinteä elektrolyytti -rajapinnan yhteensopivuutta.

Puolijohde-litiumparistot on kehitetty perustuen litiumparistoihin. Perinteisiin litiumparistoihin verrattuna ne eivät pääosin enää käytä nestettä tai geeliä johtavana materiaalina positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä, mikä parantaa huomattavasti auton turvallisuutta ja kykyä kestää korkeita lämpötiloja. . Sen etuna on korkea turvallisuus, korkea energiatiheys, pitkä käyttöikä ja laaja käyttölämpötila-alue, joista ydin on kiinteä elektrolyytti.

Kiinteät oksidielektrolyytit voidaan jakaa kiteisiksi ja lasimaisiksi (amorfisiksi) materiaalirakenteen mukaan. Kiteisiä elektrolyyttejä ovat perovskiittityyppi, NASICON-tyyppi, LISICON-tyyppi ja granaatti tyyppi jne. Lasimainen oksidielektrolyytti Tutkimuskohde on LiPON-tyyppinen elektrolyytti, jota käytetään ohutkalvoparistoissa.

Oksidikiteisellä kiinteällä elektrolyytillä on korkea kemiallinen stabiilisuus ja se voi esiintyä stabiilisti ilmakehässä, mikä on hyödyllistä täysjäteparistojen laajamittaiselle tuotannolle. Tutkimuksen painopiste on parantaa huoneen lämpötilan ionijohtavuutta ja yhteensopivuutta elektrodien kanssa. Tällä hetkellä menetelmät johtavuuden parantamiseksi ovat pääasiassa alkuaineiden korvaamista ja heterovalentteja elementtien seostamista, ja yhteensopivuus elektrodien kanssa on myös tärkeä asia, joka rajoittaa sen käyttöä.

Tyypillisin sulfidikiteinen kiinteä elektrolyytti on tio-LISICON, jonka Tokion teknillisen instituutin professori KANNO löysi ensimmäisen kerran Li2S-GeS2-P2S-järjestelmästä. Kemiallinen koostumus on Li4-xGe1-xPxS4, ja huoneenlämpötilassa ionijohtavuus on jopa 2,2 × 10. -3S / cm (missä x=0,75), ja sähköinen johtavuus voidaan jättää huomioimatta. Tio-LISICONin yleinen kemiallinen kaava on Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, jne., B=P, Al, Zn jne.).

Sulfidilasinen kiinteä elektrolyytti koostuu yleensä P2S5: stä, SiS2: sta, B2S3: sta ja muista verkonmuodostajista ja verkon modifioijista Li2S. Järjestelmään kuuluu pääasiassa Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Koostumuksella on laaja vaihtelualue, korkea huoneenlämpötilan ionijohtavuus, korkea lämpöstabiilisuus, hyvä turvallisuustaso ja laaja sähkökemiallinen stabiilisuusikkuna (jopa 5 V). Sillä on erinomaisia ​​etuja suuritehoisissa ja matalalämpötilaisissa puolijohdeparistoissa, ja sillä on suuri potentiaali kiinteiden akkujen elektrolyyttimateriaaleista.

Kiinteä polymeerielektrolyytti koostuu polymeerimatriisista (kuten polyesteri, polymeraasi ja polyamiini jne.) Ja litiumsuolasta (kuten LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 jne.), Koska se on kevyt, hyvä viskoelastinen ja erinomainen. mekaanisen prosessoinnin suorituskyky Ja muut ominaisuudet ovat saaneet laajaa huomiota.

Yleisiä SPE: itä ovat polyeteenioksidi (PEO), polyakryylinitriili (PAN), polyvinylideenifluoridi (PVDF), polymetyylimetakrylaatti (PMMA), polypropyleenioksidi (PPO), polyvinylideenikloridi (PVDC) ja yhden ionin polymeerielektrolyyttijärjestelmät.

Tällä hetkellä valtavirran SPE-matriisi on edelleen ensimmäinen ehdotettu PEO ja sen johdannaiset, mikä johtuu pääasiassa PEO: n stabiilisuudesta metallilitiumiin ja sen kykyyn hajottaa paremmin litiumsuoloja.

LiPON-elektrolyytin valmistaa Oak Ridgen kansallinen laboratorio (ORNL) Yhdysvalloissa. Litiumfosforioksynitridi (LiPON) -elektrolyyttikalvo valmistettiin ruiskuttamalla erittäin puhdas Li3P04-kohde käyttämällä radiotaajuista magnetronisputterilaitetta erittäin puhtaassa typpiatmosfäärissä.

Materiaalilla on erinomainen kattava suorituskyky, huoneen lämpötilan ionijohtavuus on 2,3 × 10-6S / cm, sähkökemiallinen ikkuna on 5,5 V (http://vs.Li/Li+), lämpöstabiilisuus on hyvä ja positiivisilla elektrodeilla, kuten LiCo02, LiMn2O4, ja negatiivisilla elektrodeilla, kuten litiummetallilla ja litiumseoksella, on hyvä yhteensopivuus. LiPON-kalvon ionijohtavuus riippuu amorfisesta rakenteesta ja kalvomateriaalin N-pitoisuudesta. N-pitoisuuden kasvu voi parantaa ionijohtavuutta.