Keuntungan Aplikasi Elektrolit Padat

Elektrolit padat adalah tren dalam pengembangan elektrolit baterai lithium di masa depan, karena teknologi baterai elektrolit padat telah berkembang hingga saat ini. Dari perspektif teknis, elektrolit padat dapat dibagi menjadi elektrolit oksida, elektrolit sulfida, elektrolit polimer organik, dan elektrolit LiPON. Dapat dikatakan bahwa itu relatif matang, tetapi juga mengalami kemacetan. Lahirnya generasi baru teknologi sangat dibutuhkan, terutama di bidang energi baru. Baterai solid-state diharapkan menjadi yang paling menarik di antara teknologi baterai daya generasi berikutnya. Karena baterai all-solid-state tidak hanya memiliki kematangan teknologi yang relatif tinggi, banyak perusahaan baterai lithium-ion domestik dan asing juga menganggap teknologi baterai all-solid-state sebagai cadangan teknologi generasi berikutnya yang penting.

Dalam pengembangan awal teknologi baterai solid-state, karena konduktivitas bahan elektrolit padat yang relatif rendah, fokus penelitian dan pengembangan sebagian besar pada peningkatan konduktivitas elektrolit padat. Oleh karena itu, elektrolit padat sulfida dan elektrolit padat oksida dengan konduktivitas ionik tinggi telah menarik berbagai perhatian.

Baterai lithium-ion all-solid-state menggunakan elektrolit padat alih-alih elektrolit cair organik tradisional, yang dapat menyelesaikan masalah keamanan baterai dengan baik dan merupakan sumber daya kimia yang ideal untuk kendaraan listrik dan penyimpanan energi skala besar. Kuncinya adalah menyiapkan elektrolit padat dengan konduktivitas suhu ruangan tinggi dan stabilitas elektrokimia, serta bahan elektroda energi tinggi yang cocok untuk semua baterai lithium-ion solid-state, dan untuk meningkatkan kompatibilitas antarmuka elektroda / elektrolit padat.

Baterai lithium solid-state dikembangkan berdasarkan baterai lithium. Dibandingkan dengan baterai lithium tradisional, mereka terutama tidak lagi menggunakan cairan atau gel sebagai bahan konduktif antara elektroda positif dan negatif, yang sangat meningkatkan keselamatan mobil dan kemampuan untuk menahan suhu tinggi. . Ini memiliki keuntungan dari keselamatan tinggi, kepadatan energi tinggi, umur siklus panjang, dan rentang suhu operasi yang luas, di antaranya inti adalah elektrolit padat.

Elektrolit padat oksida dapat dibagi menjadi kristal dan kaca (amorf) sesuai dengan struktur material. Elektrolit kristal termasuk jenis perovskite, jenis NASICON, jenis LISICON dan jenis garnet, dll. Elektrolit oksida kaca Hotspot penelitian adalah elektrolit tipe LiPON yang digunakan dalam baterai film tipis.

Elektrolit padat kristal oksida memiliki stabilitas kimia yang tinggi dan dapat ada dengan stabil di atmosfer, yang bermanfaat bagi produksi baterai all-solid-state skala besar. Fokus penelitian adalah untuk meningkatkan konduktivitas ionik suhu ruangan dan kompatibilitasnya dengan elektroda. Saat ini, metode untuk meningkatkan konduktivitas terutama penggantian elemen dan doping elemen heterovalent, dan kompatibilitas dengan elektroda juga merupakan masalah penting yang membatasi penerapannya.

Elektrolit padat kristal sulfida yang paling khas adalah thio-LISICON, yang pertama kali ditemukan oleh Profesor KANNO dari Institut Teknologi Tokyo dalam sistem Li2S-GeS2-P2S. Komposisi kimia adalah Li4-xGe1-xPxS4, dan konduktivitas ion suhu kamar setinggi 2,2 × 10. -3S/cm (di mana x=0.75), dan konduktivitas elektronik dapat diabaikan. Rumus kimia umum thio-LISICON adalah Li4-xGe1-xPxS4 (A= Ge, Si, dll., B = P, Al, Zn, dll.).

Elektrolit padat kaca sulfida biasanya terdiri dari P2S5, SiS2, B2S3 dan bekas jaringan lainnya dan pengubah jaringan Li2S. Sistem ini terutama mencakup Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Komposisinya memiliki rentang variasi yang luas, konduktivitas ion suhu kamar yang tinggi, stabilitas termal yang tinggi, kinerja keselamatan yang baik, dan jendela stabilitas elektrokimia yang lebar (hingga 5V). Ini memiliki keunggulan yang luar biasa dalam baterai solid-state berdaya tinggi dan suhu rendah dan memiliki potensi besar bahan elektrolit baterai solid-state.

Elektrolit padat polimer terdiri dari matriks polimer (seperti poliester, polimerase dan polimin, dll.) dan garam lithium (seperti LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, dll.), karena bobotnya yang ringan, viskoelastikitas yang baik, dan kinerja pemrosesan mekanis yang sangat baik Dan karakteristik lainnya telah menerima perhatian luas.

SME umum termasuk polietilena oksida (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polivinilida fluorida (PVDF), polimetamin (PMMA), polipropilena oksida (PPO), polivinilidene klorida (PVDC) dan sistem elektrolit polimer ion tunggal.

Saat ini, matriks SPE mainstream masih merupakan PEO pertama yang diusulkan dan turunannya, terutama karena stabilitas PEO terhadap lithium logam dan kemampuannya untuk memisahkan garam lithium dengan lebih baik.

Elektrolit LiPON dibuat oleh Oak Ridge National Laboratory (ORNL) di Amerika Serikat. Film elektrolit lithium phosphorus oxynitride (LiPON) disiapkan dengan menempatkan target Li3P04 kemurnian tinggi menggunakan perangkat magnetron frekuensi radio dalam atmosfer nitrogen kemurnian tinggi.

Hal ini dipahami bahwa bahan memiliki kinerja komprehensif yang sangat baik, konduktivitas ionik suhu kamar adalah 2,3 × 10-6S / cm, jendela elektrokimia adalah 5,5V (http://vs.Li/Li+), stabilitas termal yang baik, dan elektroda Positif seperti LiCoO2, LiMn2O4, dan elektroda negatif seperti logam lithium dan paduan lithium memiliki kompatibilitas yang baik. Konduktivitas ionik film LiPON tergantung pada struktur amorf dan konten N dalam materi film. Peningkatan kandungan N dapat meningkatkan konduktivitas ionik.