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全固态锂二次电池的核心部件是什么?

钜大LARGE  |  点击量:1501次  |  2018年05月21日  

  固体电解质是全固态锂二次电池的核心部件,其进展直接影响全固态锂二次电池产业化的进程。目前固体电解质的研究主要集中在三大类材料:聚合物、氧化物和硫化物。


  表:三类固体电解质主要体系和性能


  聚合物固体电解质(SPE),由聚合物基体(如聚酯、聚醚和聚胺等)和锂盐(如LiClO4、LiAsF6、LiPF6等)构成,自从1973年P.V.Wright在碱金属盐复合物中发现离子导电性后,聚合物材料由于其质量较轻、弹性较好、机械加工性能优良的固态电化学特性而受到广泛关注。SPE也是最早实现实际应用的固体电解质,早在2011年法国企业博洛雷就开始向巴黎投送Autolib电动车,该车就是采用基于SPE的全固态锂电池系统。


  氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类,其中晶态电解质包括钙钛矿型、反钙钛矿型、石榴石型、NASICON型、LISICON型等,非晶态氧化物的研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质和部分晶化的非晶态材料。


  硫化物固体电解质是由氧化物固体电解质衍生出来的,电解质中的氧化物机体中氧元素被硫元素所取代。由于硫元素的电负性比氧元素要小,对锂离子的束缚要小,有利于得到更多自由移动的锂离子。同时,硫元素的半径比氧元素要大,当硫元素取代氧元素时使晶格结构扩展,形成较大的锂离子通道而提升导电率,室温下可达10-4-10-2S/cm。


  (2).正极材料


  全固态锂二次电池的正极一般采用复合电极,除了电极活性物质外还包括固体电解质和导电剂,在电极中起到同时传输离子和电子的作用。LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4研究较为普遍,后期可能开发高镍层状氧化物、富锂锰基及高电压镍锰尖晶石型正极,也同时应关注不含锂的新型正极材料的研究和开发。


  (3).负极材料


  全固态锂二次电池的负极材料目前主要集中在金属锂负极材料、碳族负极材料和氧化物负极材料三大类,三大材料各有优缺点,其中金属锂负极材料因其高容量和低电位的优点成为全固态锂电池最主要的负极材料之一。


  表:三类负极材料主要体系和性能


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