Anzahl Durchsuchen:0 Autor:Site Editor veröffentlichen Zeit: 2025-04-15 Herkunft:Powered
Die Festkörperbatterie bezieht sich auf die Verwendung von festem Elektrolyt anstelle einer herkömmlichen Elektrolyt-Lithiumbatterie, je nachdem, wie die Menge an festem Elektrolyt in eine halbfeste State-Batterie und die Batterie des All-Solid-Zustands unterteilt werden kann. Normalerweise verwenden wir 10% des Flüssigkeitsgehalts in der Batterie als Trennlinie zwischen halbfesten Batterien und Flüssigkeitsbatterien, während All-Solid-Batterien feste Elektrolyte vollständig verwenden und der Flüssigkeitsgehalt auf 0% reduziert wird.
Festkörper -Lithiumbatterie besteht hauptsächlich aus positiver Elektrode, negativer Elektrode und festem Elektrolyt. Der wichtigste Unterschied besteht darin, den Flüssigbatterieelektrolyt und den Zwerchfell durch festes Elektrolyt zu ersetzen, um keine oder weniger Verwendung von Zwerchfell und Elektrolyt zu erreichen.
1. Die positive Elektrode ist normalerweise Lithiummetall oder ähnliche Materialien. Wenn sich Lithiumionen vom festen Elektrolyten zur positiven Elektrode bewegen, erfährt das positive Material einer Oxidationsreaktion, wobei Elektronen freigesetzt werden.
2. Die negative Elektrode besteht im Allgemeinen aus Lithiumlegierung oder ähnlichen Materialien. Wenn sich Lithiumionen vom festen Elektrolyten zur negativen Elektrode bewegen, wird das negative Material einer Reduktionsreaktion unterzogen und Elektronen empfangen.
3. Festkörperelektrolyt besteht aus festen Materialien, die Elektrizität leiten können, wie z. B. anorganische Salze, die Lithium, Polymere oder Keramikmaterialien enthalten. Dieser Elektrolyt hat eine hohe Ionenmobilität und einen geringen Widerstand und ist chemisch stabil.
Gemäß der Elektrolytklassifizierung kann die Batterie in Flüssigkeit (25 WT%), halbfeste (5-10 WT%), quasi-solid (0-5wt%) und All-Solid (0WT%) vier Kategorien unterteilt werden, von denen halbschwere, quasi-Solid und All-Solid-Drei-Solid-Drei-Solid-Batterien, von denen drei festgelegt werden. Automobilunternehmen verwenden Festkörperbatterien mit Sicherheit als kurzfristiger Fahrer- und Energiedichte als langfristiger Fahrer.
Compared with the liquid battery, the semi-solid battery reduces the amount of liquid electrolyte, and increases the composite electrolyte of oxides and polymers, wherein the oxides are mainly added in the form of diaphragm coating and positive and negative electrode coating, and the polymer is filled in the form of frame network, in addition, the negative electrode is upgraded from the graphite system to the pre-lithium silicon based negative electrode and lithium metal Negative Elektrode. Die positive Elektrode wird von hohem Nickel auf hohe Nickel + Hochspannung, lithiumreicher Manganbasis und anderen positiven Elektroden verbessert. Die Membran wird immer noch mit einer festen Elektrolytbeschichtung überzogen, das Lithiumsalz wird von Lipf6 bis LitFSI verbessert, und die Energiedichte kann mehr als 350 WH/ kg erreichen. Obwohl halbfeste Batterien die Menge an Flüssigelektrolyt reduzieren, besteht dennoch das Risiko einer Entflammbarkeit.
Im Vergleich zur Flüssigkeitsbatterie storniert die All-Solid-State-Batterie den ursprünglichen Flüssigkeitseelektrolyten, wählt Oxide, Sulfide, Polymere usw. als feste Elektrolyte und teilt die positiven und negativen Elektroden in Form eines Dünnfilms, wodurch die Rolle des Zwerchfells ersetzt wird. Die negative Elektrode wurde vom Graphitsystem auf die negative Elektrode auf der Basis von Pre-Lithium-Siliziumbasis und Lithium-Metall-Elektrode verbessert, und die positive Elektrode wurde von hoher Nickel auf Ultrahohe-Nickel, Lithium-Nickel-Manganat, Lithium-Rich-Mangan-Basis-positiver Elektrode, und die Energiedichte kann 500 WH/ KG erreichen.
Abhängig von den Materialien und den Eigenschaften des festen Elektrolyten können Festkörperbatterien in mehrere Hauptkategorien unterteilt werden, darunter Sulfid-, Oxid- und Polymerfest -Festzustandsbatterien.
Sulfidfest-Zustandsbatterien verwenden anorganische Sulfidmaterialien als Elektrolyte, die typischerweise eine hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit aufweisen, die sich an den Spiegel herkömmlicher Flüssigelektrolyte nähert oder übersteigt.
Sulfid-Feststoffelektrolyte haben aufgrund ihrer hohen ionischen Leitfähigkeit viel Aufmerksamkeit erregt, beispielsweise kann die Leitfähigkeit des LI10GEP2S12 (LGPS) -Elektrolyten 1,2 × 10^-2 s/cm erreichen. Der Sulfidelektrolyt ist jedoch empfindlich gegenüber Wasserdampf, reagiert leicht mit Wasser auf toxische H2S -Gas und hat irreversible chemische Reaktionen mit Sauerstoff und Wasserdampf in der Luft, was zur Verringerung der Ionenleitfähigkeit und zur Strukturschädigung führt.
Daher ist die Entwicklung von Sulfid -Festelektrolyt schwierig und die Produktionsumgebung streng.
Oxid -Feststoffzustandsbatterien verwenden Oxidmaterialien als Elektrolyte, die im Allgemeinen eine niedrige ionische Leitfähigkeit aufweisen, jedoch gute mechanische Eigenschaften und chemische Stabilität aufweisen.
Der repräsentative Oxidelektrolyt ist die Granatstruktur von li7la3zr2o12 (LLZO), seine ionische Leitfähigkeit ist bei Raumtemperatur von bis zu 10^-4 s/cm hoch. Die kompakte Morphologie des Oxidelektrolyten lässt sie eine höhere mechanische Festigkeit, eine gute Stabilität in der Luft und die Hochspannungswiderstand aufweisen. Aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit, einer schlechten Verformbarkeit und der Weichheit des Oxidelektrolyten ist der Elektrolytblech leicht zu knacken, und der Kontaktverlust mit festem Solid-Schnittstellen ist jedoch groß, was seine Anwendung begrenzt.
Die Polymer -Festkörperbatterie besteht aus Polymermatrix und Lithiumsalz. Die ionische Leitfähigkeit ist bei Raumtemperatur gering. Wenn sie jedoch auf mehr als 60 ° C erhitzt wird, wird die ionische Leitfähigkeit erheblich verbessert.
Der Polymerelektrolyt hat die Eigenschaften des leichten Gewichts, der guten Elastizität und der hervorragenden Bearbeitungsleistung, und sein Prozess liegt in der Nähe der vorhandenen Lithiumbatterie, die leicht zu groß angelegt ist. Die thermische Stabilität von Polymerelektrolyten ist jedoch aufgrund ihrer niedrigen ionischen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur und dem durch Lithium -Dendriten -Penetration verursachten Kurzkreisrisiko begrenzt.
Zusätzlich zu den drei oben genannten Haupttypen von Festkörperbatterien gibt es auch eine kombinierte Festkörperbatterie wie Verbund-Festkörperelektrolyte, die Elektrolyte sind, die aus der Kombination von Sulfid/Oxid und Polymerelektrolyten erhalten wurden. Dieser Verbundelektrolyte kombiniert die Vorteile anorganischer und organischer Feststoffelektrolyte mit hoher Lithium-Ionen-Leitfähigkeit und elektrochemischer Stabilität.
Darüber hinaus gibt es Chlorid-feste Elektrolyte, die die hohe ionische Leitfähigkeit von Sulfid-, Deformierungs- und Oxidstabilität für Hochspannungskathodenmaterialien aufweisen, aber es ist in Bezug auf die Kommerzialisierung in großem Maßstab nicht machbar.
Feste Elektrolyte sind weniger flüssig als Elektrolyte, sodass der direkte Kontakt zwischen Feststoff und Feststoffpartikeln schlecht ist, gekoppelt mit elektrochemischer Instabilität, was zu vielen Grenzflächenproblemen führt. Die potenziellen Vorteile von Festkörperbatterien im Vergleich zu Flüssigkeitsbatterien sind jedoch:
Hohe Sicherheit: Nichtflüchtige und nicht brennbare feste Elektrolyte haben eine höhere Sicherheit als organische Elektrolyte.
Gute Temperaturanpassungsfähigkeit: All-Solid-State-Batterien können über einen breiteren Temperaturbereich arbeiten, insbesondere bei höheren Temperaturen.
Hohe Energiedichte: Es wird erwartet, dass All-Solid-State-Batterien das Sicherheitsproblem der negativen Lithiummetall-Elektrode (Lithium-Dendriten) lösen. Darüber hinaus wird die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien auf der Grundlage der negativen Elektroden von Graphit- und Silizium-Kohlenstoff-Negativen von kommerziellen Lithium-Ionen-Batterien verbessert.
Vereinfachte Zelle, Modul, Systemdesign: Da feste Elektrolyte keine Fluidität aufweisen, können interne Zeichenfolgen verwendet werden.
Als wichtige Richtung der Energietechnologie in der Zukunft hat die Festkörperbatterie eine umfassende Entwicklungsaussicht. Mit der Weiterentwicklung der Technologie, der Förderung der Richtlinien und der Ausweitung des Marktes wird erwartet, dass Festkörperbatterien groß angelegte kommerzielle Anwendungen erreichen.
Technologischer Fortschritt: Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Materialwissenschaft, Elektrochemie und anderen Bereichen werden die technischen Probleme von Festkörperbatterien allmählich gelöst. Beispielsweise kann die Ionenleitfähigkeit und die schnelle Ladungsleistung von Festkörperbatterien mittels Materialverbund- und Grenzflächenoptimierung verbessert werden.
Politikförderung: Die chinesische Regierung erhält der Entwicklung der Festkörperbatterieindustrie von großer Bedeutung und hat eine Reihe von unterstützenden Richtlinien eingeführt. Die Veröffentlichung dieser Richtlinien bietet eine klare, breite Marktaussicht und ein gutes Produktions- und Betriebsumfeld für die Entwicklung der Festkörperbatterieindustrie.
Marktnachfrage: Das schnelle Wachstum des neuen Marktes für Energiefahrzeuge und die Erhöhung der Energiespeichernachfrage bieten einen breiten Marktraum für Festkörperbatterien. Mit der Popularisierung neuer Energiefahrzeuge und der breiten Anwendung von Energiespeichersystemen wird der Bedarf an Festkörperbatterien in Zukunft erheblich zunehmen.
