Твердый электролит LATP: Ключевой компонент для твердотельных аккумуляторов

LATP, или титанат-фосфат лития, стал одним из ключевых материалов в разработке передовых технологий хранения энергии, особенно в твердотельных аккумуляторах. Благодаря своим отличительным свойствам LATP стал основным объектом внимания исследователей и производителей, стремящихся повысить производительность, безопасность и эффективность батарей.

В этой статье мы познакомимся с ключевыми характеристиками, применением и основными понятиями LATP.

[1]

Что такое LATP?

Фосфат лантана-титаната лития (LATP) - это кристаллическое соединение, в котором литий (Li), лантан (La), титан (Ti) и фосфат (PO₄) объединены в стабильную структуру. Сочетание этих элементов дает превосходный ионный проводник, что делает LATP идеальным кандидатом для использования в качестве твердого электролита в батареях нового поколения.

В отличие от обычных жидких электролитов, которые могут быть огнеопасными и представлять угрозу безопасности, LATP предлагает более безопасную и стабильную альтернативу с превосходными эксплуатационными характеристиками.

Ключевые свойства и преимущества

Твердый электролит LATP обладает рядом полезных свойств, которые делают его привлекательным материалом для использования в устройствах хранения энергии:

1. Высокая ионная проводимость: LATP демонстрирует высокую ионную проводимость - критический фактор, определяющий эффективность твердотельных батарей. Его ионная проводимость часто превышает 10-⁴ S/см при комнатной температуре, что сравнимо или даже лучше, чем у многих других твердых электролитов, таких как оксинитрид фосфора лития (LiPON).
2. Широкое окно электрохимической стабильности: Одним из существенных преимуществ LATP является его широкое окно электрохимической стабильности, что повышает стабильность батареи и снижает риск нежелательных реакций между электролитом и электродами.
3. Хорошая механическая прочность: LATP известен своими прочными механическими свойствами, которые помогают обеспечить структурную целостность батареи, особенно во время циклов заряда и разряда.
4. Безопасность: Твердотельная природа LATP исключает риск утечки и возгорания, которые обычно связаны с жидкими электролитами. Это делает батареи на основе LATP гораздо более безопасными, особенно в высокоэнергетических приложениях.
5. Термическая стабильность: LATP остается стабильным при высоких температурах, что очень важно для высокопроизводительных батарей, которые могут работать в различных температурных условиях.

Области применения твердого электролита LATP

Твердые электролиты LATP чаще всего используются в твердотельных батареях (SSB), которые рассматриваются как следующий рубеж в технологиях хранения энергии. Эти батареи способны превзойти традиционные литий-ионные батареи в нескольких ключевых областях, включая плотность энергии, скорость зарядки и безопасность.

1. Электромобили (EV): Твердотельные батареи с электролитами LATP могут обеспечить большую дальность поездки и более быстрое время зарядки по сравнению с современными литий-ионными батареями. Кроме того, повышенная безопасность твердотельных батарей на основе LATP снижает риск теплового разгона, что может иметь решающее значение для EV-приложений.
2. Портативная электроника: Твердотельные батареи на основе LATP рассматриваются для использования в смартфонах, ноутбуках и носимых устройствах. Их высокая плотность энергии позволяет использовать более компактные и эффективные источники питания, что приводит к созданию более легких и компактных устройств.
3. Хранение энергии в сетях: Твердотельные батареи на основе LATP способны улучшить хранение энергии для возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер. Эти батареи могут обеспечить более высокую емкость и более длительный срок службы, что очень важно для крупномасштабных решений по хранению энергии.
4. Медицинские приборы: Невоспламеняемость и стабильность LATP делают его идеальным для питания медицинских устройств, которым требуются надежные и долговечные батареи. Его безопасность и высокая плотность энергии особенно важны для имплантируемых устройств и датчиков.

LATP в сравнении с альтернативными твердыми электролитами

LATP - перспективный материал для твердого электролита в полностью твердотельных литий-ионных батареях. Однако существуют альтернативные твердые электролиты, которые также демонстрируют потенциал для использования в этих батареях, например:

• Электролиты на основе сульфидов: Такие материалы, как Li2S-P2S5 (сульфид лития и пентасульфид фосфора), обладают высокой ионной проводимостью, часто превосходящей LATP. Однако они чувствительны к влаге, что может ограничить их практическое применение.
• Электролиты на основе фосфатов: Другие фосфатные материалы, такие как Li7La3Zr2O12 (LLZO), обладают высокой ионной проводимостью и более стабильны на воздухе по сравнению с сульфидами, что делает их жизнеспособной альтернативой LATP. Однако LLZO страдает от проблем, связанных с образованием дендритов и механической нестабильностью.
• Электролиты на основе оксидов: Твердые оксиды, такие как гранат типа Li7La3Zr2O12 (LLZO) и материалы типа перовскита, отличаются прочностью и хорошей электрохимической стабильностью. Их ионная проводимость обычно ниже, чем у LATP, но все же приемлема для твердотельных батарей.

Каждый тип материала имеет свои компромиссы в отношении проводимости, стабильности и совместимости с литиевыми анодами.

Заключение

Твердый электролит LATP - это материал, способный изменить ситуацию при разработке твердотельных батарей. Его высокая ионная проводимость, безопасность и электрохимическая стабильность делают его отличным выбором для питания устройств нового поколения - от электромобилей до портативной электроники.

Несмотря на то, что все еще существуют проблемы, которые необходимо преодолеть, продолжающиеся исследования и достижения в области материаловедения, вероятно, раскроют еще больший потенциал LATP в секторе хранения энергии. Ожидается, что по мере дальнейшего развития твердотельных батарей ЛАТП будет играть ключевую роль в будущем технологий устойчивого хранения энергии.

Stanford Advanced Materials (SAM) предлагает широкий выбор высококачественных керамических материалов по конкурентоспособным ценам, что делает нас надежным партнером в области производства аккумуляторов. Наш порошок LATP - это передовой материал для нанотвердого электролита, необходимый для разработки полностью твердотельных литий-ионных батарей.

Мы также предлагаем широкий ассортимент литий-ионных аккумуляторов и электронной химии, включая растворы электролитов для аккумуляторов, материалы для катодов и анодов, а также химикаты для сборки электроники. Эти продукты разработаны для поддержки достижений в области хранения энергии, электромобилей и производства электроники. Для получения дополнительной информации или обсуждения ваших конкретных потребностей, пожалуйста, посетите нашу домашнюю страницу.

Ссылки:

[1] Sousa, Rui & Sousa, J. A. & Ribeiro, J. & Goncalves, L.M. & Correia, J.H. (2013). Полностью твердотельные батареи: Обзор биологических применений. 3-я Португальская встреча по биоинженерии, ENBENG 2013 - Книга трудов. 10.1109/ENBENG.2013.6518400.