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固态锂电池的研究,固体电解质或许成为解决大型电池风险的最优选--3

5)为了让 Li 在 Li3.6PO4 里的热力学稳定性变好,Libon 当下成了最受青睐的薄膜固态电解质。这种薄膜是在氮气封闭的环境中,用磁控溅射把金属 Li 沉积在 Li3PO4 的薄膜上,还让电导率从 7 提升到了 10^-8 至 2×10^-6 S cm^-1 。

6)Libon 本来没有固定的形状,不过被看作是γ-Li3PO4 型氧盐,它的结构跟晶体对应物差不多。就因为它有着宽阔的电化学窗口(0 - 5.5 V),截至目前,好多薄膜电池都是拿 Libon 当作电解质来构建的;这些电池采用了各式各样的电极材料,像阴极有 V2O5、LiMn2O4[32] 以及 LiCoO2,阳极有 Li 金属[、Si3N4 还有无定形 Si-Sn 氮氧化物。虽说锂金属阳极的能量密度挺高,不过在设计更高能量密度电池这方面还是出现了一些难题。

7)比如说,“无锂电池”里压根儿就不用锂金属,而是在阳极集流体上原位电镀金属锂,以此来构成阳极。换句话说,阳极里的锂金属是充电时阴极的 LiCoO2 给提供的。
因为单离子传导的这一特性,固态电池可靠性很高,薄膜电池也呈现出高可靠性(如下图所示)。

3、高导电氧化物固体电解质:在氧化物与氧盐里,离子电导率通常处于 10^-3 S 厘米^-1 这样的量级,在部分材料中已经达成了较高的数值;比如说,LiTi 这种材料有着 NASICON 结构,它是根据快速钠离子导体 NaTi2(PO4)3 来命名的。NASICON(Na Super Ionic Conductor)这种材料有着三维的骨架结构,是由 ZrO6 八面体以及 PO4 四面体构成的,钠离子能在里面传导;离子导电性跟 NASICON 还有γ-Li 这类材料的骨架结构大小关系密切。其中,NaTixZr2-xP3O12(0 ≤ x ≤ 1)在 M 为 Zr 的时候电导率最高。另外,因为锂离子比钠离子的尺寸小些,所以由 ZrO6 八面体组成的骨架对于高离子电导率来讲太大了;下面这图展示了体传导的活化能跟各种 NASICON 型磷酸盐的细胞体积存在的关系。经过对 LiGe 以及其他种类的 NASICON 型磷酸盐电导率的测量,发现在细胞体积是 1310立方, 这个地方,电导活化能达到了最小。

 

4、含硫化物电解质的固态锂电池

1)除了让电导率提高,开发固态电解质的另一个重要目标是用上高能量密度的电极材料。有一种硫化物固态电解质能展现出高离子电导率,它是由像 P2S5、B2S3 或者 SiS2 这样的玻璃网前物质,还有玻璃改性剂 Li2S 构成的玻璃。

2)这些成分给玻璃网络带来了离子传导。虽说这些准二元玻璃的离子电导率大概在 10^-4 S 厘米^-1 ,不过要是掺杂卤化锂,尤其是 LiI ,就能增强导电性,让电导率提高到 10^-3 S 厘米^-1 。但是,碘离子会把玻璃的氧化电位限制在 3V 以下,也就限制了锂离子的可用电位范围。

 

发布时间:2024/7/31 2:29:46 查看:88次

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