Fêste elektrolyten hawwe in protte foardielen boppe floeibere elektrolyten. Se kinne bygelyks elektrodesferfoarming ferminderje by opladen en ûntladen, en ferbetterje feiligens. Se hawwe ek poerbêste stabiliteit, binne maklik te ferwurkjen, en de groei fanlithiumdendriten kinne minimalisearre wurde yn oplosmiddel-frije solide polymeerelektrolyten.
Undersyk nei polymeerelektrolyten begon al yn 1973, doe't Fenton et al. ûntduts dat polyetyleen okside (PEO) kompleksen mei alkalimetalen ioanen liede kinne. Sûnt dy tiid hawwe polymere elektrolyten in soad oandacht lutsen.
Yn 1978 foarsei Dr. Armand dat PEO-basearre solide-polymeerelektrolyten brûkt wurde kinne as elektrolyten foar batterijen.
Yn 'e kommende twa desennia hawwe ûndersikers geweldige ynspanningen wijd oan it bestudearjen fan it meganisme fan iongelieding en de fysysk-gemyske eigenskippen fan' e elektrolyt-elektrodegrins yn 'e batterij, en makken goede foarútgong.
Lithium-ion-batterijen dy't solide polymeerelektrolyten brûke kinne lekproblemen foarkomme ferbûn mei floeibere elektrolyten.
Polymeren binne maklik te ferwurkjen en kinne wurde miniaturisearre. Troch har hege plastykens kinne polymers ek brûkt wurde om tinne-filmbatterijen te meitsjen. Ferskillende batterijstruktueren kinne wurde makke mei polymeerelektrolyten om te foldwaan oan ferskate tapassingseasken. Fierder biede polymerelektrolyten hegere gemyske, elektrogemyske en thermyske stabiliteit yn ferliking mei floeibere elektrolyten, mei minder sydreaksjes mei de elektroden en in breder wurktemperatuerberik. De fleksibiliteit fan polymeerelektrolyten kin folumewizigingen yn 'e elektroden bufferje by lading en ûntlading, en stabilisearje de batterijstruktuer. Dêrom, nei de kommersjalisaasje fan floeibere -ionbatterijen, sil lithium-ionbatterijtechnology basearre op polymearelektrolyten rap ûntwikkelje en suksesfolle kommersjalisaasje berikke.
D'r binne in protte metoaden foar it klassifisearjen fan polymeerelektrolyten, en de noarmen ferskille. Op it stuit wurde fêste polymeerelektrolyten benammen ûnderskieden neffens it type polymeer dat brûkt wurdt, lykas it meast ferneamde polyether-basearre polyetyleenoxide (PEO), lykas polymethylmethacrylaat (PMMA) en polyacrylonitrile (PAN). Algemien sprutsen moatte polymearelektrolyten oan de folgjende betingsten foldwaan om praktysk te brûken yn lithium-ionbatterijen.
Hege ionyske konduktiviteit
Oanmerklik lithium-ion-oerdrachtnûmer
Goede meganyske sterkte
Wide elektrogemyske finster
Excellent gemyske en termyske stabiliteit
Yn hjoeddeistige polymeerelektrolytsystemen fertoane polymeren signifikante kristalliniteit by keamertemperatuer, wat ferklearret wêrom't de konduktiviteit fan fêste polymeerelektrolyten by keamertemperatuer folle leger is as dy fan floeibere elektrolyten. De measte kristallen yn polymers binne spherulites, mei amorfe regio's tusken har. It wurdt algemien leaud dat lithium-iongelieding foaral yn dizze amorfe regio's foarkomt.
Dêrom is it begripen fan 'e fazestruktuer fan polymeren nuttich foar it bestudearjen fan it lithium-ion-geliedingsmeganisme.
Foar binêre polymeerelektrolytsystemen bestiet de fazestruktuer benammen út twa soarten: kristalline regio's en amorfe regio's. De formaasje fan kristallijne regio's wurdt kinetysk oandreaun en direkt relatearre oan spesifike tariedingsbetingsten en tiid. Strikt sjoen, fanwege de oanwêzigens fan kristallijne regio's yn it polymearsysteem, en de signifikante fariaasje fan dizze regio's mei ferskate betingsten, is it fergelykjen fan 'e konduktiviteit fan ferskate soarten polymeerelektrolyten net heul wittenskiplik. Under bepaalde betingsten, as de groei fan kristallijne regio's stadich is en de ôfwiking yn ionyske konduktiviteit binnen in akseptabel berik is, is it fergelykjen fan konduktiviteit akseptabel. Dêrom fergelykje wy faak ferskate resultaten.
Om't de groei fan spherulites yn it polymeer tiid-ôfhinklik is, is de ionyske konduktiviteit by temperatueren ûnder it smeltpunt fan it polymeer ek tiid-ôfhinklik. Fierder is de lithium-ion-konduktiviteit fan polymeerelektrolyten relatearre oan de ferwaarmingssnelheid, koelingsfrekwinsje en ûntspanningstiid. Bygelyks, in langere ûntspanningstiid resultearret yn in folsleiner polymearkristalstruktuer en hegere kristalliniteit, wat liedt ta in stadichoan fermindere ionyske konduktiviteit ta in minimum mei tanimmende ûntspanningstiid. Lykas resultearret in stadiger koelingsrate yn mear folsleine kristallisaasje, en de oerienkommende ionyske konduktiviteit sil ek stadichoan ôfnimme ta in minimum.
Troch de binêre fêste polymeerelektrolyt fan PEO en LiCIO4 as foarbyld te nimmen, befettet dizze struktuer meardere fazestruktueren. Earst kinne LiClO4 en PEO ferskate kompleksen foarmje, ynklusyf PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, en PEO-LiClO4. Under harren, as O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 kin in eutektysk foarmje mei PEO, mei in rimpelpunt fan 50 graden. Derneist, as de temperatuer wurdt ferhege nei 160 graden, kin in grutte eutektyk wurde foarme. Tidens de koeling proses, de grutte eutectic sil produsearje trije ferskillende soarten fan spherulites: de earste type smelt boppe 120 graad en hat in hege sâlt ynhâld; it twadde type smelt tusken 45 en 60 graden, hat in leech sâltgehalte en foarmje stadich; it tredde type hat in smeltpunt wat leger as it hostpolymeer en foarmje rapper. Undersyk en analyze suggerearje dat: it earste type spherulite is wierskynlik PEO3-LiCIO4; it twadde type kin in mingsel wêze fan PEO-LiCIO4- en PEO3-LiCIO4-kompleksen; en it tredde type komt oerien mei PEO sels. Fierder kinne de ynhâld fan lithiumsâlt en it proses fan waarmtebehanneling beide liede ta strukturele feroarings.
Polymerelektrolyten binne in klasse fan funksjonele polymearmaterialen mei hege ionyske konduktiviteit, foarme troch komplekseringsreaksjes tusken polymeren en metaal sâlten mei polymeren as de matrix. Ofhinklik fan 'e polymermatrix omfetsje gewoane polymeerelektrolyten PEO -basearre polymeerelektrolyten, PVDE -basearre polymeerelektrolyten, PMMA -basearre polymeerelektrolyten, en oaren. Oars as anorganyske fêste-elektrolyten binne polymerelektrolyten lichtgewicht, elastysk en stabyl. Lykas anorganyske fêste-elektrolyten liede polymerelektrolyten net allinich ionen yn lithium-ionbatterijen, mar fungearje ek as batterijskieders. Polymer elektrolyten hawwe benammen de folgjende foardielen:
It kin effektyf oplosse it probleem fan lithium dendrite formaasje yn lithium -ion batterijen
It kin goed oanpasse oan de ferfoarming tidens it opladen en ûntladen fan lithium-ionbatterijen
It kin de gemyske reaksje tusken de elektrolyt- en elektrodematerialen yn lithium-ionbatterijen ferminderje of sels eliminearje
It hat hege feiligens prestaasjes
De kompleksen foarme troch ferskate lithium sâlten (ynklusyf LBF4, LIPF6, LiCFSO4, en LiASF6) mei PEO binne yn prinsipe fergelykber mei dy foarme troch LiCIO4, wat betsjut dat it type lithium sâlt hat gjin direkte ynfloed op it type kompleks foarme mei PEO. Spesifyk kin LiBF twa kompleksen foarmje mei PEO: PEO4-LIBF en PEO,S-LiBF. As de O/Li-ferhâlding tusken 16 en 20 is, kin PEO2.5 -LIBF4 in eutektyk foarmje mei PEO. LPF6 kin ek foarmje twa kompleksen mei PEO: PEO6-LiPF6 en PEO:-LiPF6. De twa kompleksen foarme troch LiASF6 mei PEO binne fergelykber mei dy fan LiPF6, mar mei relatyf hegere smeltpunten. Grutte anion lithium sâlten kinne ek kompleksen foarmje mei PEO, mar de kinetika is folle stadiger. Fierder hat de druk ek ynfloed op kristalgroei foar in part. Hegere druk befoarderet groei fan spherulite, ferminderet de amorfe regio, en ferminderet oerienkommende lithium-ion conductivity.