無(wú)機固體電解質(zhì)有哪些?
鋰電池的固體聚合物電解質(zhì)在實(shí)際使用時(shí),鋰離子電導率會(huì )降低以及對Li或其它高電位插層材料的電化學(xué)性能不穩定,因此,又發(fā)展了一類(lèi)新的無(wú)機玻璃電解質(zhì)。鋰離子電導的B2S3、P2S5、SiS2基玻璃,在室溫下可呈現10-3~ 10-4s/cm的電導率。

鋰離子電池的無(wú)機固體電解質(zhì)材料按照其物質(zhì)結構可以分為晶體型固體電解質(zhì)和玻璃態(tài)非晶固體電解質(zhì)。晶體型固體電解質(zhì)又分為鈣鈦礦型、NASICONU、LISICONU、層狀Li型,以及其它一些新型的固體電解質(zhì);而非晶態(tài)固體電解質(zhì)主要包括氧化物玻璃和硫化物玻璃兩大類(lèi)固體電解質(zhì)材料。
1、鈣鈦礦型
理想的鈣鈦礦結構AB03,為一立方面心密堆積,鈣鈦礦結構的固體電解質(zhì)其離子導電性通常由晶體中的空位、離子傳遞瓶頸大小、以及離子的晶化有序度等因素決定。典型的鈣鈦礦鋰離子固體電解質(zhì)是鈦酸鋼鋰(Li1/2La1/2TiO3)
對該類(lèi)型固體電解質(zhì)材料的改性研究主要集中于結構元素的摻雜或部分元素的替代。在A(yíng)B0,結構中A位置對材料的導電性影響最為明顯,因為A位置通常決定了Li﹢在材料中的傳輸瓶頸大小,比如A位置用半徑較大的高價(jià)離子Sr2+取代AB03結構中的部分Li+和La3+,晶胞體積增大,傳輸Li的瓶頸變大,電導率也跟著(zhù)變大,而用半徑較小的c取代時(shí),離子電導率就相應地減??;對B位置也有不少研究,主要是高價(jià)金屬元素(如Sn、Zr、Mn、Ge、A1)摻雜對材料性能的作用研究M,最近又有新的研究將晶體結構中的部分02-原子用F-替代,以改變晶體內化學(xué)鍵的鍵強,從而提高材料的離子電導率。
2、NASICON型
當鈣鈦礦中的氧用多陰離子取代時(shí),可以增加晶體內自由體積,提高離子電導率,這就是NASICON型固體電解質(zhì)。
這類(lèi)化合物分子式一般為M[A2B3012],這里M、A、B分別代表一價(jià)、四價(jià)、五價(jià)的離子,其結構如圖所示。在這種晶體結構中有兩種填隙位置(M1和M2)可由葉導電離子來(lái)占據,導電陽(yáng)離子通過(guò)瓶頸從一個(gè)位置遷移到另一個(gè)位置,瓶頸的大小取決于骨架離子[A2B3012]-1的大小。該固體電解質(zhì)的離子通道與離子半徑大/小心須匹配,結構要穩定,相要單一,空隙率要低,致密度要高,才能具有較高的離子電導率。
對NASICON型固體電解質(zhì)材料的改性研究主要是以摻雜為主:
例如摻入低價(jià)元素A1、Fe、Sc和Y等,以增加晶體中可移動(dòng)的鋰離子數目;以Ge4+替代Ti4+改善晶體結構和離子通道;摻入具有燒結特性更好的成分,盡量減小品界阻抗。
從世界范圍內來(lái)看,目前對鋰離子固體電解質(zhì)主要集中于如何制備出具有優(yōu)良化學(xué)穩定性和電化學(xué)穩定性、同時(shí)具有較高的鋰離子電導率的電解質(zhì)材料。最有希望應用于鋰電池中的當屬氧化物玻璃電解質(zhì)材料,該類(lèi)材料的化學(xué)穩定性與電化學(xué)穩定性明顯優(yōu)于其它種類(lèi)的鋰離子固體電解質(zhì)。