Avantages d’application de l’électrolyte solide

L’électrolyte solide est une tendance dans le développement des électrolytes de batterie au lithium à l’avenir, parce que la technologie solide de batterie d’électrolyte s’est développée jusqu’à aujourd’hui. D’un point de vue technique, les électrolytes solides peuvent être divisés en électrolytes d’oxyde, électrolytes de sulfure, électrolytes organiques de polymère, et électrolytes de LiPON. On peut dire qu’il est relativement mature, mais il a également rencontré un goulot d’étranglement. La naissance d’une nouvelle génération de technologie est urgente, en particulier dans le domaine de la nouvelle énergie. On s’attend à ce que les batteries à l’état solide deviennent les plus attrayantes parmi les technologies de batterie d’alimentation de prochaine génération. Étant donné que les batteries à tous les états solides ont non seulement une maturité technologique relativement élevée, de nombreuses entreprises nationales et étrangères de batteries lithium-ion ont également considéré la technologie de batterie à l’état solide comme une importante réserve technologique de nouvelle génération.

Dans le développement précoce de la technologie des batteries à l’état solide, en raison de la conductivité relativement faible des matériaux d’électrolyte solide, la recherche et le développement ont surtout été axées sur l’amélioration de la conductivité des électrolytes solides. Par conséquent, les électrolytes solides de sulfure et les électrolytes solides d’oxyde avec la conductivité ionique élevée ont attiré un large éventail d’attention.

Les batteries lithium-ion à tous les états solides utilisent des électrolytes solides au lieu d’électrolytes liquides organiques traditionnels, qui peuvent bien résoudre les problèmes de sécurité des batteries et sont des sources d’énergie chimiques idéales pour les véhicules électriques et le stockage d’énergie à grande échelle. La clé est de préparer des électrolytes solides à haute conductivité à haute température ambiante et une stabilité électrochimique, ainsi que des matériaux électrodes à haute énergie adaptés à toutes les batteries lithium-ion à l’état solide, et d’améliorer la compatibilité de l’interface électrode/électrolyte solide.

Les batteries au lithium à l’état solide sont développées à partir de batteries au lithium. Par rapport aux batteries au lithium traditionnelles, elles n’utilisent principalement plus de liquide ou de gel comme matériau conducteur entre les électrodes positives et négatives, ce qui améliore considérablement la sécurité de la voiture et la capacité de résister à des températures élevées. . Il a les avantages d’une sécurité élevée, une densité d’énergie élevée, la durée de vie à long cycle, et une large plage de température de fonctionnement, parmi lesquels le noyau même est l’électrolyte solide.

Les électrolytes solides d’oxyde peuvent être divisés en cristallin et vitreux (amorphes) selon la structure matérielle. Les électrolytes cristallins incluent le type de perovskite, le type NASICON, le type LISICON et le type de grenat, etc. L’électrolyte d’oxyde vitreux Le point chaud de recherche est l’électrolyte de type LiPON utilisé dans les batteries à film mince.

L’électrolyte solide cristallin d’oxyde a une grande stabilité chimique et peut exister de façon stable dans l’atmosphère, ce qui est bénéfique pour la production à grande échelle de batteries à tous les nantés. L’objectif de recherche est d’améliorer la conductivité ionique de température ambiante et sa compatibilité avec les électrodes. À l’heure actuelle, les méthodes d’amélioration de la conductivité sont principalement le remplacement des éléments et le dopage des éléments hétérovalents, et la compatibilité avec les électrodes est également une question importante qui restreint son application.

L’électrolyte solide cristallin sulfureux le plus typique est le thio-LISICON, qui a été découvert pour la première fois par le professeur KANNO de l’Institut de technologie de Tokyo dans le système Li2S-GeS2-P2S. La composition chimique est Li4-xGe1-xPxS4, et la conductivité iion de température ambiante est aussi élevée que 2.2×10. -3S/cm (où x=0,75) et la conductivité électronique peuvent être ignorées. La formule chimique générale de thio-LISICON est Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, etc., B=P, Al, Zn, etc.).

L’électrolyte solide en verre sulfureux est habituellement composé de P2S5, SiS2, B2S3 et d’autres anciens réseau et modificateur de réseau Li2S. Le système comprend principalement Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. La composition a une large gamme de variation, une conductivité iion à haute température ambiante, une grande stabilité thermique, de bonnes performances de sécurité et une large fenêtre de stabilité électrochimique (jusqu’à 5V). Il a des avantages exceptionnels dans les batteries à haute puissance et à haute température à l’état solide et a un grand potentiel de matériaux d’électrolyte de batterie à l’état solide.

L’électrolyte solide polymère est composé de matrice polymère (comme le polyester, la polymérase et la polyamine, etc.) et de sel de lithium (tels que LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, etc.), en raison de son poids léger, de sa bonne viscoélasticité et d’excellentes performances de traitement mécanique et d’autres caractéristiques ont reçu une attention générale.

Les SPE communs comprennent l’oxyde de polyéthylène (PEO), le polyacrylonitrile (PAN), le fluorure de polyvinylilide (PVDF), le polyméthylméthacrylate (PMMA), l’oxyde de polypropylène (PPO), le chlorure de polyvinylidene (PVDC) et les systèmes d’électrolytes polymères mono-ion.

À l’heure actuelle, la matrice SPE grand public est toujours le premier PEO proposé et ses dérivés, principalement en raison de la stabilité de PEO au lithium métallique et de sa capacité à mieux dissocier les sels de lithium.

L’électrolyte LiPON est fabriqué par le Oak Ridge National Laboratory (ORNL) aux États-Unis. Le film électrolytique d’oxynitride au phosphore au lithium (LiPON) a été préparé en pulvérisant une cible Li3P04 de haute pureté à l’aide d’un dispositif de pulvérisation de magnétoronne de radiofréquence dans une atmosphère d’azote de haute pureté.

Il est entendu que le matériau a d’excellentes performances complètes, la conductivité ionique de température ambiante est 2.3×10-6S/cm, la fenêtre électrochimique est 5.5V (http://vs.Li/Li+), la stabilité thermique est bonne, et les électrodes positives telles que LiCoO2, LiMn2O4, et les électrodes négatives telles que le lithium métal et l’alliage de lithium ont une bonne compatibilité. La conductivité ionique du film LiPON dépend de la structure amorphe et du contenu N dans le matériel cinématographique. L’augmentation du contenu en N peut améliorer la conductivité ionique.