¿Cuáles son los avances en las baterías de litio de estado sólido?

Se espera que todas las baterías de iones de litio de estado sólido con el reemplazo del electrolito líquido orgánico tradicional y el electrolito sólido resuelvan fundamentalmente los problemas de seguridad de la batería, son los autos eléctricos de potencia química ideal y el almacenamiento de energía a gran escala. Para realizar la gran capacidad y la larga vida útil, así para promover la práctica de todas las baterías de iones de litio de estado sólido, se necesita con urgencia la batería para el desarrollo de materiales clave y la optimización del rendimiento, incluida la preparación de conductividad a alta temperatura ambiente y estabilidad electroquímica. de electrolito sólido y se utiliza en toda la alta energía de los materiales de electrodo de batería de iones de litio de estado sólido, la mejora de la compatibilidad de la interfaz electrodo / electrolito sólido.

Se introducen las baterías de estado sólido

Las baterías de iones de litio tradicionales utilizan electrolitos líquidos orgánicos, como sobrecarga, cortocircuito interno en condiciones anormales, fiebre fácil de la batería, flatulencia de electrolitos, combustión espontánea y explosión, hay un peligro oculto de seguridad grave.Desarrollado en la década de 1950 todo estado sólido basado en una batería de litio de electrolito sólido, como resultado del uso de electrolito sólido, no contiene componentes volátiles inflamables, elimina las celdas debido a la fuga que causa humo, fuego y otros problemas de seguridad, conocido como el sistema de batería más seguro. El gobierno de China, los Estados Unidos y Japón esperan que se desarrollen en 2020, 400 ~ 500 wh / kg de dispositivos prototipo, realizar la producción en masa de 2025 a 2030, para lograr este objetivo, ahora reconocido como el más probable es el uso de ánodo de metal de litio, y el metal de litio existe en la dendrita de batería de iones de litio líquido tradicional, pulverización, la SEI (película de interfaz de electrolito sólido) no es estable, surf Una reacción secundaria ace y así sucesivamente muchos desafíos técnicos, y el electrolito sólido y la compatibilidad del litio metálico hace posible utilizar el litio como negativo, y así lograr el ascenso de la densidad de energía de manera significativa.

Diferentes tipos de electrolitos y comparar las propiedades del sistema de batería de iones de litio

Se revisan los electrolitos sólidos

Para las baterías de estado sólido, el electrolito sólido es el componente central de su diferente de otro sistema de batería, el electrolito sólido debe tener un rango de temperatura de trabajo ideal (especialmente a temperatura ambiente) mantener una alta conductividad iónica de litio; Puede ignorarse o no hay impedancia de límite de grano; Con el coeficiente de expansión térmica de los materiales del electrodo; El proceso de carga y descarga de la batería, los materiales del electrodo del ánodo para mantener una buena estabilidad química, especialmente el ánodo de metal de litio o aleación de litio; Electroquímico de boca ancha, alto voltaje de ruptura; No es fácil de absorber la humedad, La tecnología de preparación de bajo costo es simple y respetuosa con el medio ambiente.

En la actualidad, la producción de electrolito de polímero sólido de polímero en el sistema de material de la batería es óxido de polietileno (PEO) .El electrolito de polímero de PEO es característico de alta conductividad iónica a alta temperatura, fácil de formar una película, fácil de mecanizar y el ánodo se puede formar después canal conductor de iones continuo compuesto, la resistencia de la superficie del ánodo es pequeña.Potencial de oxidación PEO de 3,8 V, litio ácido de cobalto, óxidos en capas y óxidos de espinela como el ánodo de alta densidad de energía es difícil de igualar, necesita modificación; En segundo lugar, el electrolito base PEO temperatura en 60 ~ 85 ℃, el sistema de batería necesita gestión térmica, la necesidad de aplicaciones de almacenamiento de energía y energía diseño especial del sistema de batería; Una vez más, este tipo de batería de litio utilizada directamente en el proceso de carga y descarga de sedimentación desigual todavía existe en las interfaces de Dendrita de litio a través de la membrana de polímero causada por un cortocircuito dentro del problema oculto, además, las características de relación también deben ser im probado El desarrollo de resistencia a alto voltaje, alta conductividad iónica a temperatura ambiente y tiene un mecanismo de bloqueo de dendrita de litio, las buenas propiedades mecánicas del electrolito de polímero es una dirección de investigación clave.

El electrolito sólido inorgánico consiste en óxido y sulfuro. Ha sido una producción de lotes pequeños de baterías de estado sólido que son principalmente Lipton amorfas como baterías de película delgada de electrolito. El electrolito sólido inorgánico tiene la ventaja de algo del cuerpo del material, la alta conductividad iónica puede tolerar alto voltaje, estabilidad electroquímica, química y térmica, la inhibición de la dendrita de litio tiene un cierto efecto.

En relación con el óxido y el sulfuro debido a que es relativamente suave, es más fácil de procesar, mediante la preparación del método de prensado en caliente de todas las baterías de litio de estado sólido.La batería de litio de estado sólido recientemente mostrada puede incluso funcionar por debajo de 60 c a temperatura ambiente, mientras que la El volumen y la calidad serán una reducción significativa en la densidad de energía, pero al menos los resultados reflejaron las baterías de estado sólido en un potencial de salida de alta potencia.El electrolito de sulfuro es sensible al aire, fácil oxidación, el agua es fácil de producir el gas nocivo como sulfuro de hidrógeno A través del óxido de compuesto de sulfuro o dopaje, este problema puede mejorar hasta cierto punto, pero al final puede satisfacer el requisito de aplicación de seguridad, se necesita verificación experimental de características amigables con el medio ambiente.En esta etapa, el uso de cerámica inorgánica sólida La calidad de las baterías de batería de gran capacidad de estado sólido de electrolito y la densidad de energía de volumen es significativamente menor que la batería de iones de litio líquido existente.

Se revisan los materiales del ánodo

Además de un electrolito sólido y los materiales del electrodo, también son los factores clave que influyen en el rendimiento de las baterías de estado sólido.Aunque una interfaz básica de electrolito y material de electrodo sólido no existe efectos secundarios de descomposición de electrolito sólido, pero la característica sólida hace que la interfaz electrodo / electrolito compatibilidad, la alta interfaz se ha visto afectada por la impedancia del transporte de iones, conduce a un ciclo de vida bajo, la relación de rendimiento de la batería de estado sólido es pobre.Además, el desarrollo y la aplicación de todas las baterías de iones de litio de estado sólido en el futuro inevitablemente desde pequeñas baterías de película delgada de estado sólido hasta grandes baterías de estado sólido tipo de almacenamiento de energía, sin embargo, los materiales de electrodos tradicionales no han podido cumplir con los requisitos de alta densidad de energía. en dos aspectos: uno es modificar los materiales del electrodo y su interfaz, mejorar el electrodo / elegir compatibilidad de la interfaz rolyte; El segundo es desarrollar un nuevo material de electrodo, a fin de mejorar aún más las propiedades electroquímicas de las baterías de estado sólido.

La alta densidad de energía del material del ánodo tiene una mayor capacidad intercalada-li y alto voltaje, habrá un cambio significativo en el proceso de carga y descarga de volumen.Utilizando electrolito sólido, en el ánodo y la interfaz de la membrana de electrolito sólido, y el positivo interno contacto con la interfaz de electrolito sólido, es probable que ocurra una variación de contacto.La solución que incluye las partículas positivas en la superficie depósitos in situ o ex situ o el prensado en caliente de una capa de electrolito sólido; o el relleno de poros de partículas positivas en un determinado electrolito sólido elástico, forma fase conductora de iones continua, similar al electrolito líquido; o en líquido, introdujo el lado positivo, sistema compuesto sólido-líquido.Debido a que es difícil separar la inyección de líquido al ánodo, la introducción del líquido, si puede tener las ventajas de La batería de litio de estado sólido con alta densidad de energía y la seguridad es la clave, depende de la introducción de la propiedad electroquímica. s de características líquidas y de seguridad, y el electrodo de metal de litio está completamente protegido por adelantado.Ahora que la seguridad del electrolito líquido existente se ha cumplido básicamente con los requisitos, por lo tanto, en las baterías de estado sólido, agregue el líquido para reducir el lado positivo , la resistencia de contacto debe ser una lata tanto dinámica como soluciones de seguridad.Pero puede encontrar trabajo en alto voltaje, buena humectabilidad, seguridad, un buen aditivo de electrolito líquido tampoco es fácil, es en sí mismo una batería de iones de litio líquido es una de las principales investigaciones dirección y la técnica del cuello de botella.

Se revisan los materiales de los ánodos

Metal debido a su alta capacidad y ventajas de bajo potencial en baterías de estado sólido, uno de los principales materiales del ánodo, el metal de litio en el proceso de circulación, sin embargo, tiene la producción de dendrita de litio, no solo puede reducir la cantidad de litio que incrustado / despegue, lo más grave es que puede causar problemas de seguridad como un cortocircuito. Otro metal Li es muy vivo, fácil de reaccionar con el oxígeno en el aire y el agua, etc., y no es capaz de litio metálico de alta temperatura, trae a El ensamblaje de la batería y la aplicación de las dificultades.Unirse a otros de metal de litio y aleación es uno de los principales métodos para resolver estos problemas, el material de aleación generalmente tiene una alta capacidad teórica y la actividad del litio metálico y disminuida por la participación de otros metales, puede controlar eficazmente la producción de dendrita de litio y la reacción electroquímica, por lo tanto promueve la estabilidad de la interfaz. Ánodo de aleación de litio, sin embargo, hay algunos defectos obvios, m Por lo general, si el electrodo en el proceso de cambio de volumen de circulación es grande, conducirá a una pulverización grave del electrodo, el rendimiento del ciclo se redujo drásticamente, al mismo tiempo, debido a que el litio sigue siendo un material activo del electrodo, por lo que los problemas de seguridad correspondientes aún existen. En la actualidad, estos problemas pueden mejorar principalmente la síntesis de nuevos materiales de aleación, la preparación de nanoaleaciones ultrafinas y sistemas de aleaciones compuestas (como activo / inactivo, activo / activo, compuesto de carbono y estructura porosa), etc.

El grupo de carbono de material a base de carbono, silicio y estaño es otro grupo importante de todos los materiales de ánodo de batería de estado sólido.El carbono es representativo típico de los materiales de grafito, el carbono de grafito es adecuado para la incrustación de iones de litio y la aparición de estructuras en capas, tiene una buena plataforma para el voltaje, carga y eficiencia de descarga superior al 90%, pero la capacidad teórica es baja (solo alrededor de 372 ma ˙ h / g) es una de las más grandes, este tipo de material y la aplicación práctica se ha alcanzado básicamente el límite teórico, no puede satisfacer las necesidades de alta densidad energética.

conclusión

Para reemplazar la preparación tradicional de electrolitos orgánicos sólidos de electrolitos de las baterías de estado sólido, fundamentalmente puede resolver el problema de la seguridad de la batería de iones de litio.En la actualidad, una gran cantidad de trabajo se centra en el desarrollo de una mayor densidad de energía y potencia de todo el litio de estado sólido. Baterías de iones, en la promoción de la batería de almacenamiento de alta seguridad y alta energía en el proceso de industrialización, los materiales clave (como el electrolito sólido, el positivo y el negativo) de la investigación y el desarrollo y la preparación es un anillo crucial.

Sistema de electrolito sólido desarrollado de PEO y sus derivados, electrolito de polímero, electrolito de película de Lipton, óxidos y sulfuros y electrolito amorfo y sistema de electrolito de vidrio de sulfuro, la conductividad iónica se promovió continuamente. los materiales electrolíticos sólidos incluyen el electrolito polimérico a base de PEO, el electrolito NASICON y el electrolito de óxido y sulfuro de granate.

En términos de electrodo, además del ánodo de óxido de metal de transición tradicional, metal litio, ánodo de grafito, se están desarrollando una serie de materiales de ánodo de alto rendimiento, que incluyen ánodo de sulfuro, ánodo de óxido de alto voltaje, alta capacidad, buena estabilidad del compuesto. cátodo, etc.

La batería es el material clave de optimización para la gran capacidad de toda la industria de baterías de iones de litio de estado sólido que sentó una base sólida, pero todavía hay algunos problemas por resolver y se convierten en la dirección de desarrollo del futuro, aunque hay muchos problemas, en general , las perspectivas de desarrollo de baterías de estado sólido son muy brillantes, reemplazar la batería de iones de litio existente se convierte en la corriente principal en el futuro suministro de energía de almacenamiento de energía también es la tendencia de The Times.

La página contiene el contenido de la traducción automática.