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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--2

4)有机溶剂电解质的最大电导率大概是 10^-2 S cm^-1,不过锂离子传输数也就略低于 0.5 。因为锂离子电池属于“羽毛球”或者“摇椅”电池,锂离子在阴极和阳极之间来回移动,所以倍率能力得由锂离子的移动来决定。

5)要是想到固态电解质里锂离子的传输数是个单位,大概离子电导率在 10^-3 S cm^-1 这个量级,就能让固态电池的功率密度跟商业化锂离子电池用液体电解质时的功率密度差不多了;当下,在好几种氧化物和硫化物里已经达成了这种电导率,其中有一部分已经用在固态电池上了,还有一部分没用上。就在最近,还在 LiBH 中发觉在 4110°C 以上的高温时有着快速的锂离子传导;据相关报道,卤化物的添加能抑制相变,让其在室温下一直处于高导电态,这给新型超离子导体带来了一类新的可能。

2、固体电解质和固态锂电池

1)一些氧盐材料,像 Li2SO4 这种,在高温状态下呈现出快速离子传导的特点,而且人们已经做了不少尝试,想要把这种高离子传导的相态稳定在环境温度下。

2)在对固体电解质的研究中,探索了多种氧盐材料,当两种氧盐成为固溶体后,离子传导率就提高了。其中 LISICON(Li 超离子导体)这种材料是 Li14Zn(GeO4)4,它在 1978 年首次被研发出来;大概在 1980 年的研究里,LISICON 材料的研发给锂离子导电的氧盐带来了新的契机,涵盖了一连串基于 Li 的固溶体,像 Li4SiO4 还有基于γ-Li3PO4 的材料。

3)另一项有关 xLi4MIO4 - (1 - x)Li3MVO4(M 为 Ge 或者 Ti ;MV 是 As 或者 V)材料体系的系统研究,同样有一致的结论,就是当 x 处于 0.4 至 0.6 时,固溶体的离子导电率会达到最高值;这项研究还察觉到晶胞体积跟离子导电率有着很强的关联。当 x 一直是 0.5 时,晶胞体积增大,离子导电率就上升,传导活化能则下降;这就表明,把电池体积增大,能打通锂离子的传导通道,让它们流动性更强,进而降低活化能,把离子导电率也提高了。

 

4)不过呢,高导电固体电解质的开发还得再等等,所以固态锂电池的研究是从薄膜电池开始的。薄膜电解质的制备让阴极和阳极之间的距离变短了,内阻也降低了,这样就能弥补固态电解质离子导电率低的不足;首个薄膜电池的阴极是 Li,阳极是 TiS2。电解质层是无定形的 Li3.6PO4,通过射频溅射制成。虽说在 25°C 时电导率只有 5×10^-6 S cm^-1,但薄膜结构能让电池以 16 μA cm^-2 的电流密度工作。

发布时间:2024/7/31 2:29:25 查看:26次

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