發布時間:2022-03-24 14:37:38 瀏覽:848 來源:海芝通
1. 用于固態鋰電池電解質的有機聚合物體系
常規液態鋰離子電池中使用的電解質和隔膜主要由有機成分組成,因此同樣屬于有機物質的有機聚合物是固態電解質基板的自然選擇。有機聚合物電解質體系包括聚環氧乙烷(PEO)和結構上具有一定相似性的聚合物(聚氧丙烯、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯)。
聚環氧乙烷因其與鋰負極良好的相容性而成為有機聚合物固體電解質的主流選擇。鑒于聚環氧乙烷本身不含鋰,需要先摻雜上述鋰鹽;其鋰傳導機理是通過醚-氧鍵/其他電負性較高的原子對鋰離子的感應,隨后在非晶區富鋰鏈的節段運動,實現鋰離子的鄰接轉移,最終的效果是鋰離子從聚合物層的一側進入,從另一側出來,實現鋰離子的充放電傳輸。鋰鹽摻雜聚環氧乙烷的結晶度越高,強度越高,但鋰離子電導率越低,因此還研究了無機顆粒摻雜、聚合物接枝、共聚、交聯改性等降低適度結晶度的方法。被廣泛使用。迄今為止,聚環氧乙烷固體電解質在稍高溫度下的鋰離子電導率已被實用化,其密度低,界面電阻低,易于薄層化和機械加工。
然而,聚環氧乙烷固體電解質含鋰鹽的ped耐高壓性能較差,常規電壓的三元材料會被氧化,限制了正極材料的選擇,極大地限制了最終電池的能量密度。 .此外,聚環氧乙烷的強度相對較低,其抗穿刺短路的能力較其他固體電解質體系弱。
2、固態鋰電池電解液的氧化物體系
氧化物體系的固體電解質主要有鈣鈦礦結構的鋰鋼鈦氧化物(LLTO)、石榴石結構的鋰鋼鋯氧化物(LLZO)、快離子導體(LISICON、NASICON)等。在微觀水平上形成結構穩定的鋰離子傳輸通道。氧化物固體電解質的最大優勢來自于無機氧化物的固有特性:機械強度高、物理化學穩定性高、耐壓性強、制造復雜度低。同時,摻雜一些元素后,氧化物固體電解質在稍高溫度(如800℃)下的鋰離子電導率在實踐中也可以接受。
氧化物固體電解質的不足也源于無機氧化物的固有特性:對于電極-電解質界面,界面接觸能力較差,循環過程中界面穩定性也較差,導致循環過程中界面阻抗迅速增加.負極有效容量不足,電池壽命衰減較快;薄層也很困難。因此,氧化物固體電解質往往需要添加一些聚合物成分并與微量離子液體/高性能鋰鹽-電解質混合,或使用輔助原位聚合制造準固態電池,以保留一些安全優勢并提高電解質- 電極的界面接觸。
3、固態鋰電池電解液的硫化物體系
硫化物系固體電解質可視為由硫化鋰和鋁、磷、硅、鈦、鋁、錫等元素的硫化物組成的多元復合材料,材料涵蓋晶態和非晶態。硫離子半徑大,使鋰離子傳輸通道更大;電負性也合適,因此硫化物固體電解質在所有固體電解質中具有最好的鋰離子電導率,其中 Li-Ge-P-S 系統在室溫下的鋰離子電導直接與電解質的電導相當。此外,硫化物固體電解質具有更高的機械強度,與高容量硫正極的相容性最好。
硫化物固體電解質的主要缺點包括:硫的電負性不如氧,與高壓正極一起使用會使電解質層部分耗盡鋰,增加界面電阻;與金屬鋰負極一起使用時,產生的SEI膜阻抗也較大;硫化物有機物為無機非金屬顆粒,循環過程中電解質-電極界面也有比較嚴重的劣化。此外,材料系統對水、氧氣等非常敏感,一旦發生事故也易燃;薄層也很困難。這些使得它的制造過程非??量?。
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