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电解质的电化学稳定区域及稳定性要求

【摘要】:电解质相对于锂必须是稳定的,并具有几伏的电化学稳定区域。主要的电解质是由无机材料组成的,通常是通过阴极雾化形成薄膜形的氧化物玻璃。例如,包含0.380.310.31成分的玻璃化薄膜,其室温下的离子电导率为10-7S/cm,这个值足够可以在无须过度极化的条件下获得100μA/cm2的电流密度。这样,利用靶材0.250.75,通过上述过程可以获得被称为Lipon的玻璃Li3PO2.5N0.3,其室温下的离子电导率为3×10-6S/cm。

电解质相对于锂必须是稳定的,并具有几伏的电化学稳定区域。对于厚度约为1μm的薄层固体电解质,其离子电阻率足够的低,约为100Ω量级(10-7~10-4S/cm)。

主要的电解质是由无机材料组成的,通常是通过阴极雾化形成薄膜形的氧化物玻璃。例如,包含(B2O30.38(Li2O)0.31(Li2SO40.31成分的玻璃化薄膜,其室温下的离子电导率为10-7S/cm,这个值足够可以在无须过度极化的条件下获得100μA/cm2电流密度。然而,更高的电导率对微型电源在更高的电流或更低的温度下运行是必要的。而要实现这个目标,其中一种方法是在氮气分压下,采用活性阴极雾化沉积薄层。这样,利用靶材(P2O50.25(Li2O)0.75,通过上述过程可以获得被称为Lipon的玻璃Li3PO2.5N0.3,其室温下的离子电导率为3×10-6S/cm。这类玻璃的电化学稳定区域约为5V,而且与锂接触时非常稳定。

同样,也可以将硫掺入氧化物玻璃中,一种来自于P2O5-P2S5-Li2O-LiI系统的玻璃在室温下的离子电导性为5×10-5S/cm。但是,由于该电解质容易与锂发生反应,需要采用非常精细的LiI层来隔离它们,但同时也使玻璃/LiI混合物的室温离子电导性下降至2×10-6S/cm。这种混合物的电化学稳定域大约为3V。

来自于GeS2-Ga2S3-Li2S系统的硫化玻璃薄层的离子电导性可以达到10-4S/cm。然而,这些材料与锂一样具有吸湿性,因而制备较为困难。