مؤخرا الأوساط الأكاديمية والصناعة لجميع بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة نظرا للتوقعات عالية. انتشرت ظهرت الحالة الصلبة بطارية المحلية والشركات الأجنبية. أعلنت أكثر من 2017 شركات السيارات العالمية الشهيرة 2020-2025، كل بطارية ليثيوم الحالة الصلبة على إنتاج السيارات. العديد من الباحثين والشركات التي، فيما يتعلق كبريتيد الليثيوم، والليثيوم فارغة، والألمنيوم والمغنيسيوم وخلية بطارية الجرافين غير موجود، جميع بطاريات الليثيوم المعادن الصلبة هي لتحل محل تكنولوجيا الطاقة عالية الكثافة بطارية ليثيوم أيون الحالية هو المرشح الأكثر واعدة ومن المتوقع أن تكون 2-5 مرات من بطارية ليثيوم أيون التقليدية، وخدمة الحياة لفترة أطول دوري، وارتفاع معدل القدرة، ويمكن حل مشاكل الأمن بالكهرباء السائل بطاريات الليثيوم أيون مسبقة من طبيعة كثافة الطاقة. إذا تحققت هذه الأهداف، عن بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة حتما تخريب التقليدية التكنولوجيا بطارية ليثيوم أيون. في هذه الورقة، والصعوبات التقنية والتحديات من بطارية ليثيوم عن الحالة الصلبة تحليل أولي.

A السائلة بالكهرباء بطارية ليثيوم أيون مجلس القصير

منذ عام 1991، رائدة SONY شركة تسويق بطاريات ليثيوم أيون، وبطارية ليثيوم أيون من بطارية الهاتف توسيع تدريجيا الى الالكترونيات وغيرها الاستهلاكية والالكترونيات الطبية، والأدوات الكهربائية، والمركبات الجوية غير المأهولة، والدراجات الكهربائية، والسيارات الكهربائية، تخزين الطاقة على نطاق واسع، وكفاءة الطاقة الصناعية، مراكز البيانات، ومحطات قاعدة الاتصالات والفضاء والأمن القومي وغيرها من التطبيقات، وكان الأداء في الازدياد. بطاريات لتطبيقات المستهلك الروافد كثافة الطاقة حجم 730 واط / L، فإن المستقبل القريب تتحرك 750 ~ 800 تنمية WH / L، وكثافة الطاقة كتلة كل منها 250 ~ 300 واط / كجم، دورات 500 إلى 1000 مرة. بلغت كتلة كثافة الطاقة من طاقة البطارية 240 واط / كغم، وكثافة الطاقة حجم 520 ~ 550 واط / L، والمستقبل القريب سوف تتحرك 600 ~ 700 واط / L التنمية، وكثافة الطاقة من الكتلة نحو 300 W ح / دورة تطوير كغ من أكثر من 2000 مرة. بطارية تخزين الطاقة دورة الحياة لمدة تصل إلى 7،000 إلى 10،000 مرات الحالي نحو مزيد من تطوير 12،000 إلى 15،000 مرات. في السابق بطارية فن التفريغ يثيوم قابلة للشحن بطارية ليثيوم أيون وكثافة الطاقة حجم أعلى مستوى من الجودة، وانخفاض التكلفة لكل واط، وبالتالي الحصول على مجموعة واسعة من التطبيقات. ومع ذلك، وزيادة كثافة الطاقة من السائل المنحل بالكهرباء باستخدام بطارية أيونات الليثيوم، على الرغم من التحسينات المختلفة من مختلف المستويات من المواد، الأقطاب الكهربائية، والبطاريات، وحدات، وإدارة الطاقة، وتصميم نظام إدارة الحرارية، والقضايا الأمنية لا تزال بارزة جدا، فمن الصعب تجنب تماما هارب الحرارية. وبالإضافة إلى ذلك، خلية بالكهرباء بطارية ليثيوم أيون السائلة هي أيضا من أوجه القصور الرئيسية التالية.

(1) SEI الفيلم ما زال ينمو

منذ فيلم SEI ليس النمو والأنود المواد الكثيفة هناك توسع حجم كبير والانكماش خلال ركوب الدراجات، ويجوز حل الفيلم SEI في الجزء المكون حل كهربائيا، والنتائج الإيجابية والسلبية في النمو المستمر للسطح الفيلم SEI، والناجمة عن الليثيوم نشط انخفاض، لا تزال تستنزف المنحل بالكهرباء، والمقاومة الداخلية، والضغط الداخلي المتزايد، وتوسيع حجم القطب.

(2) معدن الانتقال حل

لالطبقات وهيكل الإسبنيل مادة أكسيد الكاثود، القطب الموجب في ولاية اتهامات بموجب حالة الأكسدة العالية، والمرحلة الانتقالية تخفيض يحدث بسهولة، ومذيب بالكهرباء هو أيون الانتقال المعدنية في الهيكل العظمي في بالكهرباء المودعة بناء على التفاعل، ونشر إلى القطب السالب، مزيد من النمو للفيلم SEI الحفاز، في حين تلف بنية سطح المادة الكاثود، ويزيد من المقاومة الداخلية، وفقدان القدرة لا رجعة فيها. مستوى منذ تأثير النمو فيلم SEI محفز التحول المعادن، الخلية الحرة متطلبات المعدن المغناطيسي من جميع المواد تصل إلى عشرات جزء من البليون (1ppb = 1 10-9) أو أقل، والتي أيضا يؤدي إلى زيادة في التكلفة المادية للبطارية.

(3) الأكسجين مادة تطور الكاثود

لقدرة عالية الطبقات أكسيد، إلى الجهد العالي أثناء الشحن، إيجابي الأكسجين الكهربائي شعرية لالإلكترونات تفقد بسهولة، في شكل من أشكال الأكسجين الحر من شعرية أودع، وتفاعل الأكسدة مع بالكهرباء، مما أدى إلى هروب حراري، إيجابية يتم تدمير الهيكل المادي تدريجيا.

(4) أكسدة بالكهرباء

من أجل زيادة قدرة المواد القطب الموجب، وجهت إلى الجهد العالي المطلوب للخروج المزيد من الليثيوم، ويمكن شحن حل بالكهرباء لcobaltate الليثيوم الحالية إلى 4.45 V، الثلاثي المواد يمكن شحن إلى 4.35 V، ومواصلة الاتهام إلى الجهد العالي، يتأكسد بالكهرباء التحلل، فإن سطح تغيير القطب مرحلة لا رجعة فيها إيجابي يحدث.

(5) تحليل الليثيوم

منذ مواد سلبية القطب جزءا لا يتجزأ في حدود المعقول أبطأ حركية في درجات حرارة منخفضة أو الشحن الحالية المرتفعة فاحش، وإيداع معدن الليثيوم مباشرة على سطح القطب السالب، والليثيوم التغصنات قد يؤدي، مما تسبب في الدوائر الصغرى قصيرة، الليثيوم المعدني نشطة للغاية والكهارل السائل يحدث مباشرة تخفيض، وفقدان الليثيوم نشط لزيادة المقاومة الداخلية.

(6) عدم ارتفاع درجة الحرارة

القطب السالب هو المسؤول الكامل الدولة دولة خفضت، في حالة الأكسدة إيجابية عالية، في درجة حرارة عالية، وأجزاء الفيلم SEI من زيادة القابلية للذوبان، مما يؤدي إلى ارتفاع النشاط الإيجابي والسلبي والمواد بالكهرباء تتفاعل، في حين أن الملح الليثيوم عند درجة حرارة عالية سوف التحلل من تلقاء أنفسهم، بالكهرباء وردود فعل الحفاز، وقد تسبب هذه التفاعلات هارب الحرارية. قد تكون درجة الحرارة من أسباب خارجية، يمكن أن تأتي من ماس الداخلية، وتفاعل طارد للحرارة الكهروكيميائية والكيميائية، حرارة كبيرة جول الحالية.

(7) توسيع حجم

بعد القطب عالية القدرات سلبية من السيليكون، أو ارتفاع درجة حرارة الغاز، دورة الزمن، منذ استمر تحلل المنحل بالكهرباء، ونمو SEI والغاز ناتج التفاعل نفسه وحجم التوسع والانكماش من القطب السالب، وتوسيع حجم من متطلبات التطبيق بطاريات حزمة الناعمة 10 أو أقل.

أوجه القصور المذكورة أعلاه والاستقرار الكيميائي للالمنحل بالكهرباء والاستقرار الكهروكيميائية والاستقرار الحرارية العالية ليست علاقة معينة، إذا يمكن لبطاريات أيون الليثيوم بالكهرباء السائل التغلب على متن قصيرة واحدة، وأدائها الكهروكيميائية والسلامة لها كبير ترقية. لتحسين الوضع الأمني، والسائل المنحل بالكهرباء، بما في ذلك المضافات مثبطات اللهب والسوائل الأيونية مثل الوصول إلى مجموعة واسعة من البحث والتطوير، ولكن مع الأخذ في الاعتبار التحسين من الأداء العام للبطاريات، ويمكن لهذه الاستراتيجيات لن يحل هذه النقاط الألم. تدريجيا، ونظرية التطور غير قابل للاشتعال، استنادا إلى خلية بالكهرباء الصلبة، أصبح اتجاه البحوث الهامة، والمطلوب بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة، يمكن أن تحل السلبيات من 1-6 فوق المدرجة.

22017 الحالة الصلبة البحوث بطارية ليثيوم وتحليل

في (الحالة الصلبة الخليط *) وككلمات رئيسية، واسترجاعها تحت مجموعة أساسية للعلوم ومكتبة درونت براءات الويب و 2017 عام 1198 تم الحصول على 117 براءة اختراع الأدب. حيث جمع ثيقة 1096 على أساس الأنود معدن الليثيوم بحوث بالكهرباء الصلبة والكهارل الصلبة واجهة الإيجابية والسلبية الكهربائي، أفاد ما مجموعه 102 نتائج اختبار التجمع وبطاريات الليثيوم الحالة الصلبة ذات الصلة، والكبريت المستندة إلى والكهارل الصلبة أكسيد معظمهم من الليثيوم، انظر الشكل 1.

وكما يتبين من الشكل 2، وعدد من المقالات التي نشرت في بطاريات الليثيوم الصلبة في الصين تأخذ أول واحد، في الإحصاءات درونت براءات الاختراع اختراع دولية تمثل أكثر من نصف اليابان، حيث تويوتا إلى 26 يحتل المركز الأول. وهذا يدل على أهمية اليابان عن الحالة الصلبة البحوث بطارية ليثيوم والتنمية.

نشرت الشكل 1 (أ) 2017 في جميع أنحاء العالم في صلب المواد بطارية ليثيوم وإحصاءات براءات الاختراع؛ (ب) يتعلق مقال بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة تجميعها

نشرت 22017 الصلبة المواد بطارية ليثيوم وبراءات الاختراع في بلدان مختلفة إحصاءات

3 الحالة الصلبة كثافة الطاقة بطارية ليثيوم

في مزيد من الأخبار، وبعض الشركات تدعي أن كل الحالة الصلبة بطارية ليثيوم كثافة الطاقة هي 2-5 أضعاف كثافة الطاقة من بطارية ليثيوم أيون، يتم تأسيس هذا الاستنتاج، أجرينا حسابات أولية.

3 يبين الشكل كثافة الطاقة من 297 واط / نسبة كل مادة بطاريات الليثيوم الحقيبة بطارية ليثيوم أيون كجم من إجمالي حصة بالكهرباء السائلة 16 (نسبة الكتلة).

على افتراض نفس الحجم من السائل المنحل بالكهرباء يمكن أن تكون بديلا مع بالكهرباء الصلبة، FIG 4 يبين كثافة الطاقة المقابلة من البطاريات، فإنه يمكن أن ينظر إليه، بالإضافة إلى PEO-LiTFSI بالكهرباء، وكثافة الطاقة للخلية البطارية باستخدام بقية بالكهرباء غير العضوية كانت أقل بكثير من السائل المنحل بالكهرباء للالكهربائية الأساسية. PEO-LiTFSI بسبب الأكسدة والقيود المحتملة، يمكن أن تتطابق فقط مع القطب الموجب للبطارية ليثيوم فوسفات الحديد. المادة القطب الإيجابي الذي عالية متطلبات الأجهزة cyclability، فمن الصعب مع أكسيد الليثيوم والكوبالت، وثلاثية مادة القطب الموجب أو مثل أعلى من الجهد الشحن من 4.0 مباراة V، وكثافة الطاقة أقل من 2 النتائج المحسوبة مع NCA إيجابي.

ملاحظة: البطاريات من 11.4 آه، كثافة الطاقة كتلة من 297 واط / كغم، وكثافة الطاقة حجم 616 واط / L، ن، والنيكل والكوبالت والألومنيوم (NCA)، كثافة الاستفادة من 3.5 غ / CM3 ، alkylene القطب أكسيد السيليكون سلبية غير المغلفة الكربون، كثافة الاستفادة من 1.45 غ / CM3.

3 كتلة السائل المنحل بالكهرباء ليثيوم أيون خلية البطارية نسبة تكوين الناعمة FIG.

اختصار معنى الرسم البياني: LLZO- الليثيوم اللانثانم-الزركونيوم أكسيد؛ الليثيوم الألومنيوم التيتانيوم الفوسفات LATP-، LAGP- الليثيوم الألومنيوم الجرمانيوم الفوسفات، LLTO- ليثيوم اللانثانم التيتانيوم وأكسيد. كثافة السائل بطارية أيون الليثيوم بالكهرباء هي 1.1 غ / CM3.

FIG بطاريات حزمة لينة 3، المسامية القطب الموجب من 27، 31 المسامية من القطب السالب، والمسامية فاصل من 40. القطب الموجب، والكتلة الاجمالية للتعبئة السائل المنحل بالكهرباء كل من المسام، بالكهرباء السائل والسائل المنحل بالكهرباء، والمواد القطب الموجب نشطة بالإضافة إلى نسبة 7.8. في مقالة نشرت في عام 2017 في الخلية بالكهرباء فقط الصلبة، وعدد من المواد بالإضافة إلى الكتلة الكلية للمادة النشطة القطب إيجابية وقوية بالكهرباء نسبة المادية للبالكهرباء الصلبة هو مبين في الشكل (5)، وينظر معظم نسبة دراسات كتلة بالكهرباء الصلبة من 10. وذلك لأن المواد المنحل بالكهرباء الصلبة على شكل جزيئات أو مسحوق في الفيلم القطب الموجب متعددة، وتشمل incompressibility، بالكهرباء الصلبة قد تحتل في الواقع أكثر وحدة التخزين في القطب الموجب، والذي يؤدي إلى تقليل بطاريات الليثيوم عن الحالة الصلبة كتلة وكثافة الطاقة الحجم.

لنفس إيجابية والمادة الفعالة السلبية، لأن الكثافة الحقيقية للبالكهرباء الصلبة هي أعلى بكثير من السائل المنحل بالكهرباء، من أجل الحصول على أدنى مقاومة الاتصال، ونسبة من حجم بالكهرباء الصلبة هي أعلى بكثير من البطارية بالكهرباء السائل العامة، وكثافة الطاقة من البطارية عن الحالة الصلبة بالتأكيد أقل من خلية بالكهرباء المائية، مثل الأخبار ولم يطالب ستكون عدة مرات بطارية ليثيوم أيون.

في البطاريات السائلة بالكهرباء بالطبع، ليس كل من حجم تحتلها يشاركون في النقل النشط للأيونات بالكهرباء السائل. نظريا، إذا أمكن إلى الموصلية الأيونية عالية من بالكهرباء الصلبة على سطح نمو الجزيئات النشطة في شكل أفلام رقيقة، ونسبة حجم الخلية بالكهرباء الصلبة أيضا قد تكون أقل من نسبة في البطاريات بالكهرباء السائلة، التي الحاجة إلى تطوير مواد جديدة وعمليات التصنيع الجديدة ودراسة متعمقة من قنوات النقل وخصائص النقل أيون من أجل تحديد ما إذا كان يمكن أن تلبي متطلبات التطبيق، لا يوجد التقارير ذات الصلة.

نسبة كمية ونوعية بالكهرباء الصلبة والمواد المنحل بالكهرباء الصلبة إضافة إلى القطب الموجب المادة المادة الفعالة عن بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة 52017 الإحصاءات المنشورة (بيانات المقال من شبكة العلوم استرداد واحدا تلو الآخر بعد الإحصاءات، من معهد الفيزياء الأولاد تشانغ جي كاملة)

السائل المنحل بالكهرباء، والقطب السالب إذا كان معدن الليثيوم، والليثيوم التشعبات ثقب الحاجز موجود على التفاعلات الجانبية في درجات حرارة عالية من السائل المنحل بالكهرباء، والليثيوم هطول مشاكل عدم الاستقرار نمو اجهة هيكل تسبب، وبالتالي لا معدن الليثيوم الواقع في القطب السالب بالكهرباء السائل المستخدمة في البطارية. بالكهرباء الحالة الصلبة، قد يكون هناك حل جزئي لهذه المشاكل. على سبيل المثال، بطاريات حزمة الناعمة بيو-LITFSI مباشرة باستخدام الليثيوم المعدني كما احباط سلبية القطب (القطب الموجب للبطارية هو في الواقع يوفر أيضا مصدر الليثيوم)، والليثيوم فوسفات الحديد القطب الموجب، وكثافة الطاقة من حوالي 190 ~ 220 واط / كغم، أعلى من الحديد بالكهرباء ليثيوم فوسفات الليثيوم أيون بطارية سائلة الحالية 150 ~ 180 WH أفقي / كغم من. ولكنها أيضا مجرد بطارية ليثيوم المعدنية للدولة جميع الصلبة تجاريا في البداية، سطح عكسها قدرة البطارية ليست عالية في معدن الليثيوم والليثيوم هو الفائض، بالإضافة إلى منطقة رد فعل الكهروكيميائية بطاريات الليثيوم معدن صغيرة فعالة، معدل الخلية ليست عالية. لبطاريات الليثيوم ارتفاع كثافة الطاقة والمعادن، والقدرة على السطح من 3 ماه / CM2 أو أكثر، للحصول على أفضل cyclability أمر صعب للغاية.

في البداية، حسبنا كثافة الطاقة من السلبية عن الحالة الصلبة بطاريات الليثيوم هي معدن الليثيوم. الحساب باستخدام بالكهرباء الصلبة كبريتيد مع الأنود الليثيوم النقي، دون النظر في دورة غيرها من الممتلكات، ومتطلبات السلامة، الخ آثار القطب والخلية تصميم، كل نسبة كتلة جزئية حساب بطاريات 6 في FIG.

نسبة كتلة كل الصلبة بطاريات الليثيوم معدن FIG 610 ه مستوى القائم على كبريتيد

كبريتيد كثافة بالكهرباء من 1.98 غ / CM3، وذلك باستخدام NCA المواد القطب الإيجابي الذي يمكن أن يحمل القدرة على التصريف عكسها كان 210 ماه / ز، وكفاءة 90 في الأسبوع الأول، والكثافة الصنبور 3.7 غ / CM3، الجهد المتوسط من 3.8 V، القطب الموجب NCA، معدن الليثيوم القطب السالب من العمليات الحسابية كثافة الطاقة بطارية انظر الشكل.

FIG 7 الاستخدامات بطارية ليثيوم أيون باستخدام السائل المنحل بالكهرباء وكثافة الطاقة الكتلة والطاقة حجم كثافة بطاريات الليثيوم معدن كبريتيد البطاريات بالكهرباء 10 ه نتائج المرحلة الحساب. (بطارية ليثيوم أيون، القطب السالب هو الجرافيت، يفترض حساب أن التصميم وفقا لالشكل 3 :. المواد القطب الإيجابي الذي يمكن أن يتحقق مع بالكهرباء السائل موجودة في كثافة الخلايا نفسها من مسحوق ضغط ملأ كل الفراغات في القطب من قبل بالكهرباء الصلبة؛ المعادن بطارية الليثيوم، وسماكة الفيلم من الصلب بالكهرباء 10 ملم، وسمك معدن الليثيوم 10 مم، والنحاس احباط 7 ملم، ورقائق الألومنيوم 10 ملم. ومنذ الفولتية من مواد مختلفة الكاثود، وكفاءة الأولى، والتعاقد، الفرق سعة كبيرة، لذلك سيتم احتساب أجزاء هناك اختلافات، لا اعدد هنا.)

ويبين الشكل 7 أن نتائج حساب أكسيد الليثيوم الكوبالت إذا كان الشحن إلى 4.6 V، سعة عكسها من 220 مللي أمبير / ز، المقابلة لبطاريات الليثيوم حجم كثافة الطاقة قد يتجاوز 1900 واط / L، كثافة الطاقة كتلة من 550 WH / كغ، والقدرة عكسها من 300 مللي أمبير / كثافة الطاقة الحجمية من الليثيوم ز أساس المنغنيز ليثيوم الغني وقد يتجاوز 1850 واط / L، أو حتى أعلى كثافة الطاقة كتلة من 600 واط / كجم. NCM811، NCA، 4.4 V فوق cobaltate الليثيوم وقد تتجاوز كثافة الطاقة الجماعية 400 واط / كجم. منذ تغيير حجم المعدن التيار الليثيوم، والكثافة الحالية، مشكلة انخفاض درجة انصهار، حتى لو كان من المتوقع أن يكون من الصعب بالكهرباء جميع الصلبة لتشكيل كثافة الطاقة العالية والأداء الكلي تنافسية لمتطلبات استخدام عملية. ونظرا لنجاح تقنية lithiated قبل باستخدام المواد المركبة المحتوية على الليثيوم الأنود يجوز في نهاية المطاف أسهل في الاستخدام العملي. وبالتالي، من النظر بصورة شاملة في المؤشرات الفنية، والحاجة إلى دعم إدخال كميات قليلة، أو أي معدن الليثيوم على قدرة الجانب القطب السالب، وسيتم احتساب انخفاض مماثل في كثافة الطاقة للخلية من FIG 7.

وبالمناسبة، إذا كانت خلايا البطارية للدولة كل صلبة يمكن تطويرها بنجاح، نظرا لسلامة وارتفاع في درجة الحرارة سلوك هارب الحرارية التي يمكن تحسينها، وبالتالي تبسيط أو يلغي الحاجة لأنظمة التبريد لتحسين نظام الإدارة الحرارية، ويمكن أيضا تصميم سلسلة استخدامها كذلك يوفر الوزن نسبة جامع الحالي، وكثافة الطاقة فيما يتعلق بنفس كثافة الطاقة البطاريات بالكهرباء السائل، وسوف يكون النظام أعلى، فإن معدل تناقص كثافة الطاقة في نظام خلية بالكهرباء الحالة الصلبة ستكون أقل. وبالتالي، من وجهة نظر النظر في نظام البطارية، الإيجابية والسلبية لنفس النظام المادي، وكثافة الطاقة لنظام بطارية جميع الصلبة قد يكون هناك ارتفاع طفيف كثافة الطاقة نظام السائلة البطارية بالكهرباء.

4 سلامة بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة

واحدة من أكثر قوة دافعة هامة لتطوير بطارية ليثيوم جميع الصلبة للدولة هو الأمن. تصنف على أهمية سلامة البطارية لجميع مجالات التطبيق أولا. بعد 27 عاما من التنمية، وسلامة ليثيوم أيون خلية البطارية بالكهرباء السائل قد تحسنت بشكل ملحوظ، اقترح وضعت مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات، انظر الشكل.

FIG 8 استراتيجيات لتعزيز سلامة أيون البطارية بالكهرباء السائل بطاريات الليثيوم

القضية الأساسية هي سلامة البطارية لمنع الهروب الحراري والانتشار الحراري. حالة هارب الحرارية معدل إنتاج الحرارة أكبر من معدل إطلاق نار، في حين أن الخلايا في مجموعة واسعة من المواد في درجة حرارة عالية ردود الفعل هارب الحرارية. وهكذا، إذا كانت الخلية يمكن تشغيلها عند درجة حرارة عالية، أو الحرارية هارب درجة الحرارة الظهور هو أعلى بكثير من درجة حرارة التشغيل العادية للبطاريات، البطاريات في سلامة المحموم، تيار كبير، ومنطقة دائرة قصر يجب تحسنت كثيرا. ليؤرق، ومتطلبات الأمن الطبقة الملحة، تتطلب البطاريات في أي عمق التفريغ (شركة نفط الجنوب)، لن تتأكسد بسبب الدائرة مكثفة وقصيرة يلتقي الأكسجين الهواء والماء والنيتروجين ويحدث دورة الحياة الكاملة الكيميائية والكهروكيميائية تفاعل طارد للحرارة أو غيرها. وفقا لتقارير في الاونة الاخيرة الأبحاث، كبريتيد والكيميائية والاستقرار الكهروكيميائية للحاجة البوليمر إلى تحسين أبعد من ذلك.

في الواقع، بالنسبة إلى البطاريات بالكهرباء السائل، ولكن تشير التقارير إلى أن خصائص الكهروكيميائية الشاملة لجميع بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة السائلة من بالكهرباء الصلبة، والتركيز البحوث الحالية هو حل، وخصائص معدل الدورة الدموية، وتسخين جميع أنواع بطارية الليثيوم عن الحالة الصلبة تخرج عن نطاق السيطرة، والسلوك نشر الحراري للبيانات الاختبار لا يزال صغيرا جدا. مع (الحالة الصلبة الخليط *) ومن الكلمات الرئيسية للبحث تحت مجموعة أساسية من العلوم في الويب، 2017 نيان الحصول جدت 138 الوثائق. بعد الفرز، ويشار سوى تسعة لسلامة بطاريات الحالة الصلبة، ولكن المجهرية من المواد تحت الاختبار هي آمنة أكثر من بالكهرباء مع الشعلة حرق أو تسخين الأوضاع تتغير أو تعزز واجهة بحث مع المعادن بالكهرباء الليثيوم الصلبة، وليس ل البطارية الحالة الصلبة الكلية من اختبارات السلامة. حيث ZAGHIB مثل المادة يحلل هارب الحراري للبوليمر المنحل بالكهرباء ومعدل السائل المنحل بالكهرباء النقيض تسخين الذاتي، ودرس معهد البحوث المركزي تويوتا التي كتبها DSC الليثيوم niobate مخدر مع أكسيد اللانثانم-الزركونيوم (LLZNO) الكل في الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون توليد الحرارة السلوك، الاستنتاج بأن كل الحالة الصلبة ليثيوم أيون سلامة البطارية ويمكن تحسين (هو انخفاض إنتاج الحرارة إلى 30 السائل)، ولكن ليس آمنة تماما الاستنتاج. ومن الواضح أن كل الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون حلها حقا سلامة الجوهرية للبطاريات ليثيوم أيون لديها حتى الآن إلى أن تكون أكثر اتساعا، في العمق البحوث والبيانات التراكم. حاليا استنتاج مفاده أن دورة حياة كاملة من جميع بطاريات ليثيوم أيون الحالة الصلبة وجميع الصلبة معدن الليثيوم بطارية سلامة أفضل بكثير من خلال خلية ليثيوم أيون السائل المنحل بالكهرباء الأمثل سابقة لأوانها ويمكن أن تستند على بطاريات الليثيوم جميع الصلبة المنحل بالكهرباء الصلبة مختلفة هناك أيضا اختلافات كبيرة من حيث السلامة، تتطلب البحث المنهجي.

إذا ارتفاع درجة الحرارة هارب الحراري وخصائص دورة درجة حرارة البطارية كل الصلبة أفضل بكثير من البطاريات بالكهرباء السائل على مستوى الوحدة والنظام، عن طريق إدارة الطاقة، ونظام الإدارة الحرارية قد يزيد من منع الهروب الحراري وخلية نشر الحرارية، فيما يتعلق البطاريات السائلة بالكهرباء، قد تكون المواد العازلة للحرارة أفضل وحدة الحماية المستخدمة في النظام، وبدلا من مثل الوقت الحاضر، فإن كلا من تبديد الحرارة والعزل.

5 ديناميات بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة

ديناميات والسائلة بالكهرباء بطاريات الليثيوم أيون الفعلية المنطقة رد فعل الكهروكيميائية للمنطقة هندسية القطب هو عشرات ومئات المرات الموصلية أعلى الأيونية السائل المنحل بالكهرباء، ومقاومة اتصال منخفضة نسبيا، بحيث الخلايا بطارية ليثيوم أيون المقاومة في 10 ~ 15 m / ه، حتى أنه في تيارات عالية، والبطاريات الحرارة منخفضة. المقاومة الداخلية من البطاريات بما في ذلك القطب السالب، غشاء المنحل بالكهرباء الصلبة، والقطب الموجب، ويقاس عادة في مقاومة السطح. لزيادة الموصلية الأيونية، وانخفاض سماكة الحجاب الحاجز هو وسيلة فعالة للحد من المقاومة سطح الأجزاء المختلفة. حاليا، مختلف أجزاء بطاريات الليثيوم جميع الصلبة في ورقة المقاومة درجة حرارة الغرفة لا يمكن اختزالها إلى مستوى 10 m / CM2 من. المقاومة عالية جدا، مما أدى إلى حمى البطاريات بسرعة المسؤول، الذي لا يوجد نظام التبريد، ولكن درجة حرارة التشغيل لا يمكن أن يكون تطالب عالية جدا من التطبيقات، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر اللوحية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية غير مقبول.

جميع الصلبة البطاريات بالكهرباء هي عملية أصعب الشحن الإيجابية والسلبية والتفريغ، والجزيئات توسيع والعقد في الحجم، قد تدهورت الاتصال بالكهرباء الصلبة البدني بين الجسيمات المرحلة الإيجابية والسلبية من المادة الفعالة. في استراتيجية الحلول الممكنة الحالية انظر الشكل 9.

9 المرحلة حل جميع الصلبة الصلبة إيجابية بطارية الليثيوم بالكهرباء والاتصال الجسدي سلبي بين السياسة الجزيئات النشطة

إذا معدن الليثيوم سلبية القطب أو المواد المركبة التي تحتوي على معدن الليثيوم، تحديا كبيرا آخر هو في مناطق ذات كثافة الحالية المرتفعة، رواسب معدن الليثيوم تفضيلي في واجهة، وإذا كان الليثيوم المودعة اجهة شغل، سيتم تدريجيا منطقة رد فعل الكهروكيميائية. حركية تطوير ممتازة، وSOC في كامل والتصميم والمواد الليثيوم القطب أودعت في المناطق الداخلية من المواقع الكهربائي بدلا من المقام الأول في واجهة المهم والصعب البحوث المستقبل. تقدم الزوار من، وتطوير كل الحالة الصلبة بطاريات الليثيوم تحتاج أيضا مجموعة متنوعة من حلول متكاملة لتحسين الخصائص الديناميكية لكل جزء.

6 الخاتمة

تظهر الحسابات أن نفس إيجابية المواد الأساسية سلبية القطب، وجميع الصلبة للدولة كثافة الطاقة البطارية أقل بكثير من البطاريات بالكهرباء السائل. فقط البطاريات باستخدام معدن الليثيوم القطب السالب، وكثافة الطاقة للخلية يمكن أن يكون أعلى بكثير من القطب السالب هو الجرافيت أو السيليكون، وبطارية ليثيوم أيون. حاليا كثافة الطاقة للخلايا بطارية ليثيوم أيون وصلت إلى 300 واط / كجم، 730 مستوى WH / L، إذا كانت كثافة الطاقة أعلى من 2 أضعاف كثافة الطاقة من البطاريات اللازمة لتحقيق 600 واط / كغم و 1460 واط / L، على الرغم من أن هذا أمر ممكن، ولكن تجاوزت بكثير من مستوى حالة التقنية الصناعية السابقة، ناهيك عن 5 مرات. ناهيك عن مجرد التركيز على كثافة الطاقة من البطاريات وليس له معنى حقيقي، واحتياجات التطبيقات العملية في حين تلبية المعايير الفنية المطلوبة أكثر من 8 إلى 20، لمناقشة كثافة الطاقة الكهربائية من جوهر في هذا السياق، هو أكثر واقعية. حتى لو كانت كثافة الطاقة من بطارية ليثيوم معدن وفقا لحساب يمكن في الواقع أعلى بكثير من بطارية ليثيوم أيون، ولكن دورة، والسلامة، وخصائص معدل معدن الليثيوم سلبية القطب حاليا لا تستطيع ان تلبي متطلبات التطبيق. من أجل السلطة، وتطبيقات تخزين ذات قدرة عالية عن بطاريات الليثيوم الحالة الصلبة (أكثر من 10 ه)، ولم ذكرت شركة بعد أي ورقة مالية الكهروكيميائية البيانات ونظم المعلومات، وعدد قليل هارب الحرارية والحرارية البحوث السلوك نشرها، الجنس الآمن، ناهيك عن دورة الحياة الكاملة.

لم تتم دراسته في أداء الكهروكيميائية ومزايا الأمن والتحقق من صحة واضح، ويمكن أن يكون الإنتاج الضخم للنظام المادي، القطب والمواد غشاء المنحل بالكهرباء، وتصميم وبطاريات ذكي معدات التصنيع ليست ناضجة بعد، BMS المقابلة، ونظام الإدارة الحرارية لديها لم تطوير النظام، لم يكن تكلفة البطارية واضحا يمثل الوضع لتعزيز جميع الصلبة بطارية ليثيوم يمكن تسويقها في المدى القريب، خصوصا مباشر على السيارة الكهربائية من المحتمل ان يكون الحلم من الواقع. حتى في اليابان، لجميع الحالة الصلبة الليثيوم كبريتيد بالكهرباء يمكن أن تحصل في النهاية على التطبيق، يمكن تطبيقها عندما تكون هناك وجهات نظر مختلفة، الهواء حساس، تتأكسد بسهولة، ومقاومة التحدي عالية واجهة، وارتفاع التكاليف الناجمة عن يست سهلة على المدى القصير في حلها تماما، لا يزال يتطلب جهودا متواصلة.

نتيجة العملية الحسابية، واستخدام بطاريات الليثيوم التي تحتوي على مادة القطب السلبية كثافة الطاقة وجود مساحة واسعة للتحسين، من محلول التفاعل الجانب المستمر مع بالكهرباء ومعدني الليثيوم معدن الليثيوم سلبية الكهربائي لتحسين السلامة، ينبغي أن يكون كل الصلبة بطاريات الليثيوم معدن ميزة، في الواقع في أشد الحاجة إلى دراسة متعمقة لمستقبل تكنولوجيا البطاريات، يستحق وجود حلم، نحن بحاجة إلى العمل الجاد من أجل إيجاد مؤشرات أداء شاملة في أقرب وقت ممكن، ولكن السلامة والسعر لتلبية متطلبات تطبيق حلول متوازنة. كما من المتوقع أن يحقق أسرع وخليط الصلبة والسائلة التي تحتوي على كمية صغيرة من بطارية ليثيوم أيون بالكهرباء السائل المنحل بالكهرباء، والسلبية الكهربائي بطارية ليثيوم معدن طدت المركبة للانتقال التكنولوجيا، فمن الممكن على أساس السائل المنحل بالكهرباء باستخدام بطارية ايون الليثيوم التقليدية، وزيادة تدريجيا الأمنية، ، ومقاومة داخلية منخفضة، وخصائص منخفضة التكلفة، ومن المتوقع أن كثافة الطاقة، والحفاظ على الخصائص ارتفاع معدل للوصول إلى السوق بشكل أسرع، وبطبيعة الحال، تواجه البطاريات بالكهرباء الليثيوم الصلبة والسائلة المختلطة أيضا مع العديد من التحديات التقنية التي تحتاج إلى التغلب على واحدة تلو الأخرى. هل هو مختلطة البطارية بالكهرباء الصلبة السائلة أو البطاريات الكاملة الحالة الصلبة، ليثيوم أيون أو معدن الليثيوم هو ما إذا كان، والفوز في نهاية المطاف في السوق، وراء تطور تكنولوجيا البطاريات لا تزال مستمرة في بطارية ليثيوم أيون، تحتاج إلى أساس متين من البحث والجهود الدؤوبة والموجهة نحو هدف معين، فعالية وحلول مبتكرة. تحقق نجاح التكنولوجيا، من الواضح أنه لا يمكن الاعتماد على مفهوم جديد من المقالات التي نشرت في المجلات الأكاديمية العليا، وعدد كبير من المراجع والتطبيقات وبراءات الاختراع الممنوحة، لا يمكننا إلا أن نرى التقدم المؤشرات الفنية احدة، ولكن الحاجة من كل بيانات اختبار صارم والمواصفات ونوع نظام العملاء وطرف ثالث للتحقق والتطبيق العملي للنتائج.

المصدر: العلوم والتكنولوجيا لتخزين الطاقة: لي كونغ