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濕法制備固態(tài)電解質(zhì)

更新時間:2024-11-22      點擊次數(shù):273

     目前,半固態(tài)電池電芯主要使用的固態(tài)電解質(zhì)是氧化物電解質(zhì),硫化物電解質(zhì)或為全固態(tài)電池主流路線。硫化物電解質(zhì)在半固態(tài)電池技術(shù)路線中發(fā)展空間相對有限,它是全固態(tài)電池的主流路線,因為電極中液體會破壞硫化物材料結(jié)構(gòu),進而影響電池性能,目前氧化物體系因研發(fā)成本和難度相對較低,因此較多廠商選擇氧化物技術(shù)路線;而硫化物研發(fā)難度較高,因其優(yōu)異性能和較大潛力吸引資本較雄厚的電池廠商投入研發(fā)。

       目前的技術(shù)路線來看,電解質(zhì)主要有3 條路線,硫化物、氧化物、聚合物,其各有優(yōu)缺點。

( 1)硫化物

核心在硫化鋰的價格與產(chǎn)能。

優(yōu)點:硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有超高的離子電導(dǎo)率和良好的機械性質(zhì),其離子電導(dǎo)率可媲美液態(tài)電解質(zhì),易于構(gòu)筑不含電解液的全固態(tài)鋰電池。其材料較軟,跟負(fù)極接觸相對較好,僅從技術(shù)上講這是最有希望量產(chǎn)的固態(tài)電解質(zhì)。

缺點:其空氣穩(wěn)定性差,潮濕空氣里面不穩(wěn)定,會產(chǎn)生硫化氫氣體,且硫化氫毒性較高。合成工藝復(fù)雜、生產(chǎn)率低且生產(chǎn)成本高,合成硫化物電解質(zhì)會用到硫化鋰前驅(qū)體,硫化鋰前驅(qū)體成本非常昂貴;整體的倍率性較低,使用后有明顯的衰減。以上極大地阻礙了硫化物電解質(zhì)的大規(guī)模應(yīng)用。另外,當(dāng)前硫化物的相關(guān)有 60%以上patent被豐田申請,未來或?qū)⑸婕?/span>patent問題。

( 2)氧化物

核心在做薄電解質(zhì)從而提升能量密度。

優(yōu)點:電導(dǎo)率適中,具有相對較高的離子電導(dǎo)率和較穩(wěn)定的化學(xué)特性。成本相對便宜,其原材料較硫化物更便宜,鋰、鑭、鋯、鈦、氧這些元素,制備對環(huán)境要求不苛刻。以上優(yōu)點有利于于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。

缺點:面電阻較大,電導(dǎo)率變低后,帶來的面電阻比較大。加工困難,氧化物類似于一個陶瓷體,很難做得很薄,做不薄則整體的能量密度和體積電阻非常大。存在剛性界面接觸的問題以及嚴(yán)重副反應(yīng),氧化物做成陶瓷體之后,陶瓷體本身硬度較大,所以與正極、負(fù)極接觸較差,在微觀結(jié)構(gòu)下將產(chǎn)生很多氣孔,氣孔處沒有填充電解質(zhì),因此無法傳導(dǎo)鋰離子,導(dǎo)致整體的性能較差。

( 3)聚合物

核心在穩(wěn)定量產(chǎn),吸濕性、空氣穩(wěn)定性差。

優(yōu)點:聚合物固態(tài)電池結(jié)合了硫化物和氧化物優(yōu)勢。電導(dǎo)率較氧化物體系更高,跟硫化物比會差一點,整體成本較低,其原料的元素多為氯、鋯等,相對便宜。合成過程相對簡單,聚合物電解質(zhì)層可通過干法或濕法制備,電芯組裝通過電極和電解質(zhì)間的卷對卷復(fù)合實現(xiàn);干法和濕法都非常成熟,易于制造大電芯;易于制備出雙極內(nèi)串電芯,從而提升單體電池電壓。

缺點:與負(fù)極的接觸不穩(wěn)定,成膜均一性難控制;難兼容高電壓正極 材料,導(dǎo)致能量密度不高;電池只能在高溫下工作。

( 4)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(CSSEs)

主要是以氧化物、硫化物等為代表的無機固態(tài)電解質(zhì)和以聚氧化乙烯等聚合物為代表的有機固態(tài)電解質(zhì)兩者的結(jié)合,利用路易斯酸堿相互作用,增加鏈段運動能力,協(xié)同提升界面離子傳輸。




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