固體電解質(zhì)研究現(xiàn)狀及前景預(yù)測PPT課件

.,1,固體電解質(zhì)研究現(xiàn)狀和前景預(yù)測,.,2,目錄,01/研究背景02/發(fā)展現(xiàn)狀03/前景預(yù)測,.,3,2008-2016年我國鋰離子電池產(chǎn)量與增速,鋰離子電池處于高速發(fā)展階段！,研究背景,.,4,安全性？穩(wěn)定性？,液態(tài)鋰離子電池工作原理圖,研究背景,.,5,全固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖,優(yōu)勢安全性好穩(wěn)定性好構(gòu)造簡單,全固態(tài)鋰電池工作原理圖,研究背景,.,6,1）具有高的室溫電導(dǎo)率（10-4S/cm）。2）電子絕緣（Li+遷移數(shù)近似為1）。3）電化學(xué)窗口寬（vsLi+/Li6V）。4）與電極材料相容性好。5）熱穩(wěn)定性好、耐潮濕環(huán)境、機械性能優(yōu)良。6）原料易得，成本較低，合成方法簡單。,關(guān)鍵Li+快速可逆?zhèn)鬏敼腆w電解質(zhì),良好的固體電解質(zhì)應(yīng)具備特征：,研究背景,.,7,目錄,01/研究背景02/發(fā)展現(xiàn)狀03/前景預(yù)測,.,8,與O2-相比較，S2-的半徑大且極化作用強，用S替換O,可起到兩方面作用：(1)可以增加晶胞體積、擴大Li+傳輸通道尺寸;(2)弱化了骨架對Li+的吸引和束縛，增大可移動載流子Li+的濃度。,室溫離子電導(dǎo)率：10-5S/cm，易變形，界面不穩(wěn)定,固體電解質(zhì)及其分類,.,9,聚合物固體電解質(zhì),優(yōu)點：柔韌性和可加工性與電極接觸較好,界面電阻低,缺點：室溫條件下,離子電導(dǎo)率低高溫條件下(60oC)電導(dǎo)率高,機械強度低,解決方案:1)設(shè)計合適的嵌段共聚物;2)將聚合物固體電解質(zhì)與無機鋰鹽或固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合,制備成復(fù)合電解質(zhì)。,主要固態(tài)聚合物電解質(zhì)基體及解決方案,.,10,鈣鈦礦（ABO3）型晶體結(jié)構(gòu),NASICON型晶體結(jié)構(gòu)LiA2IV(PO4)3,LISICON型Li3Zn0.5GeO4晶體結(jié)構(gòu),石榴石型Li5La3Ta2O12晶體結(jié)構(gòu),常見無機晶態(tài)固體電解質(zhì)的理想結(jié)構(gòu),.,11,主要鈣鈦礦（ABO3）型固體電解質(zhì),優(yōu)點：室溫離子電導(dǎo)率高（10-4S/cm）,缺點：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，Ti4+與Li反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)門i3+，電化學(xué)窗口變窄;與金屬鋰反應(yīng)。,1）鈣鈦礦（ABO3）型固體電解質(zhì),.,12,Li5La3M2O12(M=Ta、Nb、Sb、Bi)活化能、離子電導(dǎo)率與晶格常數(shù)的關(guān)系,常見的石榴石型固體電解質(zhì),Chem.Soc.Rev.2014,43.4714-4724,2）石榴石型固體電解質(zhì),.,13,優(yōu)點：室溫離子電導(dǎo)率高（10-3S/cm）與金屬鋰接觸時較穩(wěn)定,缺點：易與空氣中H2O、CO2反應(yīng)，生成LiOH和Li2CO3,界面電阻增大;與金屬鋰浸潤性較差，循環(huán)過程中鋰離子沉積不均勻，易產(chǎn)生枝晶，存在安全隱患,解決方案:1)在石榴石型固體電解質(zhì)表面加入少量LiF,減少其與空氣中H2O、CO2反應(yīng);2)在金屬鋰和電解質(zhì)界面之間引入聚合物或者凝膠電解質(zhì)作為緩沖層,浸潤金屬鋰,減少枝晶產(chǎn)生;3)在電解質(zhì)陶瓷片上濺射能夠與金屬鋰形成合金的物質(zhì),減少枝晶產(chǎn)生.,石榴石型固體電解質(zhì)優(yōu)缺點及解決方案,.,14,主要NASICON型固體電解質(zhì)體系,優(yōu)點：室溫離子電導(dǎo)率高（10-3S/cm）,缺點：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，Ti4+與Li反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)門i3+，結(jié)構(gòu)破環(huán);與金屬鋰反應(yīng)。,3）NASICON型固體電解質(zhì),.,15,LISICON型固體電解質(zhì),優(yōu)點：室溫離子電導(dǎo)率高LGPS離子電導(dǎo)率達(dá)10-2S/cm,缺點：空氣中穩(wěn)定性差，易與CO2反應(yīng)。,4）LISICON型固體電解質(zhì),.,16,5）主要硫化物固體電解質(zhì)及其主要專利權(quán)人,主要硫化物固體電解質(zhì)及其主要專利權(quán)人,.,17,目錄,01/研究背景02/發(fā)展現(xiàn)狀03/前景預(yù)測,.,18,典型電解質(zhì)的阿倫尼烏斯曲線,25oC時，無機固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率排序,Isr.J.Chem.0000,00,115,典型電解質(zhì)及其離子電導(dǎo)率特性,.,19,國內(nèi)外企業(yè)固態(tài)電池相關(guān)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)布局,.,20,無機固態(tài)鋰電池研究相關(guān)技術(shù)高被引專利（20072017年）,.,21,固體電解質(zhì)未來前景預(yù)測,固體電解質(zhì)未來可能發(fā)展方向：聚合物固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展室溫條件下離子電導(dǎo)率高的聚合物交聯(lián)共聚物，并與無機鋰鹽或固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合，制備復(fù)合固體電解質(zhì)硫化物固體電解質(zhì)1）thio-LISICON型Li10GeP2S12