고체 전해질의 응용 장점

고체 전해질 배터리 기술이 오늘날까지 발전했기 때문에 고체 전해질은 미래 리튬 배터리 전해질 개발의 추세입니다. 기술적 인 관점에서 고체 전해질은 산화물 전해질, 황화물 전해질, 유기 고분자 전해질 및 LiPON 전해질로 나눌 수 있습니다. 비교적 성숙하다고 말할 수 있지만 병목 현상도 발생했습니다. 특히 새로운 에너지 분야에서 새로운 세대의 기술의 탄생이 절실히 필요합니다. 솔리드 스테이트 배터리는 차세대 파워 배터리 기술 중 가장 매력적인 제품이 될 것으로 예상됩니다. 전 고체 배터리는 기술 성숙도가 상대적으로 높을뿐만 아니라 많은 국내외 리튬 이온 배터리 회사도 전 고체 배터리 기술을 중요한 차세대 기술 예비품으로 간주했습니다.

고체 전해질 재료의 상대적으로 낮은 전도도 때문에 고체 배터리 기술의 초기 개발에서 연구 개발의 초점은 주로 고체 전해질의 전도도 향상에있었습니다. 따라서 이온 전도도가 높은 황화물 고체 전해질 및 산화물 고체 전해질이 많은 관심을 받고있다.

모든 고체 리튬 이온 배터리는 기존의 유기 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하므로 배터리 안전 문제를 잘 해결할 수 있으며 전기 자동차 및 대규모 에너지 저장을위한 이상적인 화학 전원입니다. 핵심은 모든 고체 리튬 이온 배터리에 적합한 고 에너지 전극 재료뿐만 아니라 높은 실온 전도성과 전기 화학적 안정성을 갖춘 고체 전해질을 준비하고 전극 / 고체 전해질 인터페이스의 호환성을 향상시키는 것입니다.

고체 리튬 배터리는 리튬 배터리를 기반으로 개발되었습니다. 기존의 리튬 배터리와 비교할 때, 그들은 주로 더 이상 양극과 음극 사이의 전도성 물질로 액체 또는 젤을 사용하지 않으므로 자동차의 안전과 고온에 견딜 수있는 능력이 크게 향상됩니다. . 그것은 높은 안전성, 높은 에너지 밀도, 긴 사이클 수명 및 넓은 작동 온도 범위의 장점을 가지고 있으며, 그중 핵심은 고체 전해질입니다.

산화물 고체 전해질은 재료 구조에 따라 결정질과 유리질 (비정질)로 나눌 수 있습니다. 결정질 전해질은 페 로브 스카이 트형, 나시 콘형, 리시 콘형, 가넷 형 등이 있습니다. 유리질 산화물 전해질 연구 핫스팟은 박막 전지에 사용되는 LiPON 형 전해질입니다.

산화물 결정질 고체 전해질은 화학적 안정성이 높고 대기 중에 안정적으로 존재할 수있어 전 고체 배터리의 대규모 생산에 유리합니다. 연구 초점은 실온 이온 전도도 및 전극과의 호환성을 개선하는 것입니다. 현재, 전도도를 향상시키는 방법은 주로 원소 교체와 이가 원소 도핑이며, 전극과의 호환성 또한 그 적용을 제한하는 중요한 문제입니다.

가장 일반적인 황화물 결정 고체 전해질은 Li2S-GeS2-P2S 시스템에서 Tokyo Institute of Technology의 KANNO 교수가 처음 발견 한 thio-LISICON입니다. 화학 성분은 Li4-xGe1-xPxS4이며 실내 온도 이온 전도도는 2.2x10으로 높습니다. -3S / cm (x=0.75), 전자 전도도는 무시할 수 있습니다. thio-LISICON의 일반 화학 공식은 Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si 등, B=P, Al, Zn 등)입니다.

황화물 유리 고체 전해질은 일반적으로 P2S5, SiS2, B2S3 및 기타 네트워크 형성 제 및 네트워크 개질제 Li2S로 구성됩니다. 이 시스템은 주로 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3를 포함합니다. 이 조성물은 넓은 변동 범위, 높은 실온 이온 전도성, 높은 열 안정성, 우수한 안전 성능 및 넓은 전기 화학적 안정성 창 (최대 5V)을 가지고 있습니다. 고전력 및 고 저온 고체 배터리에서 뛰어난 장점을 가지고 있으며 고체 배터리 전해질 재료의 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

고분자 고체 전해질은 고분자 매트릭스 (폴리 에스터, 폴리머 라제, 폴리아민 등)와 리튬 염 (예 : LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 등)으로 구성되어 무게가 가볍고 점탄성이 우수하며 기계적 처리 성능 및 기타 특성이 널리 주목 받고 있습니다.

일반적인 SPE에는 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO), 폴리 아크릴로 니트릴 (PAN), 폴리 비닐 리덴 플루오 라이드 (PVDF), 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA), 폴리 프로필렌 옥사이드 (PPO), 폴리 비닐 리덴 클로라이드 (PVDC) 및 단일 이온 폴리머 전해질 시스템이 포함됩니다.

현재 주류 SPE 매트릭스는 PEO가 금속 리튬에 대한 안정성과 리튬 염을 더 잘 해리하는 능력으로 인해 여전히 처음으로 제안 된 PEO 및 그 유도체입니다.

LiPON 전해질은 미국의 Oak Ridge National Laboratory (ORNL)에서 제조합니다. 리튬 인 산 질화물 (LiPON) 전해질 필름은 고순도 질소 분위기에서 고주파 마그네트론 스퍼터링 장치를 사용하여 고순도 Li3P04 타겟을 스퍼터링하여 준비되었습니다.

소재는 종합 성능이 우수하고, 상온 이온 전도도가 2.3 × 10-6S / cm, 전기 화학 창이 5.5V (http://vs.Li/Li +), 열 안정성이 좋다는 것을 알 수 있습니다. , LiCoO2, LiMn2O4와 같은 양극과 리튬 금속 및 리튬 합금과 같은 음극은 호환성이 좋습니다. LiPON 필름의 이온 전도도는 비정질 구조와 필름 재료의 N 함량에 따라 달라집니다. N 함량의 증가는 이온 전도도를 향상시킬 수 있습니다.