Анализ современных разработок литий-ионных аккумуляторов.

1, какова наиболее известная линия развития литиевой электроэнергии в настоящее время в отрасли?

Благодаря неустанным усилиям научно-исследовательского персонала и инженеров, от свинцово-кислотных аккумуляторов, никель-металлогидридных аккумуляторов, никель-кадмиевых аккумуляторов до литий-железо-фосфатных аккумуляторов, а теперь и обычных аккумуляторов стоимостью три юаня, каждый раз рекламная акция проводится генерация усилий. Основываясь на повышении безопасности, плотности энергии и соотношении характеристик литий-ионных аккумуляторов, а также в сочетании с текущим состоянием разработки аккумуляторов, кратко излагается путь разработки литий-ионных аккумуляторов в будущем.

В 2020 году это будет мультикатионный электрод, в основном из композитных катодных материалов NCM и NCA, а отрицательный электрод состоит в основном из углерода и некоторых кремний-углеродных комплексов. Плотность энергии составляет около 300-350 Вт / кг.

С 2020 по 2025 год в нем будут преобладать твердотельные литий-ионные батареи и отрицательные полюса из металлического лития или отрицательные полюсы из кремниевого углерода. Плотность энергии составляет 400 Вт · ч / кг, при этом разработаны натриево-ионные батареи. Натрий дешевле лития, но больше, чем ионы лития, и имеет жидкостную память.

После 2025 года в основном будут использоваться литий-серные батареи - & GT; Литий-металлические батареи- & GT; & GT; В основном разрабатываются литий-воздушные батареи. Такие батареи имеют более высокую плотность энергии, и желательность материалов становится все более и более удобной. Однако сейчас трудностей больше, и их нужно преодолевать и дальше. Литий-серные батареи используют серу в качестве положительного электрода батареи. Литий как отрицательная литиевая батарея. Элементарная сера богата запасами в земле и отличается низкой ценой и благоприятной окружающей средой. Литий-серные батареи, использующие серу в качестве положительного материала, имеют более высокую материальную теорию, чем емкость и теория аккумуляторов, что энергия, достигая 1675 мАч / г и 2600 Втч / кг, соответственно, что намного выше, чем у широко используемых коммерчески трехкомпонентных батарей.

А сера - экологически чистый элемент, практически не загрязняющая окружающую среду - очень многообещающая литиевая батарея; Литий-металлические батареи, которые заменяют графит металлической литиевой фольгой, могут содержать больше ионов, но обычно металлическая литиевая фольга отрицательно реагирует с электролитами, вызывая перегрев электролитов и даже вызывая возгорание. Эта технология может уменьшить ток литиевых батарей. Размер уменьшен вдвое. Теоретически, если объем батареи не изменится, ассортимент электромобилей с литий-металлическими батареями увеличится вдвое; Литий-воздушная батарея - это батарея, в которой в качестве анода используется литий, а в качестве катодного реагента - кислород из воздуха. Литий-воздушные батареи имеют более высокую плотность энергии, чем литий-ионные, потому что их катод (в основном пористый углерод) очень легкий, а кислород извлекается из окружающей среды, не накапливаясь в батарее. Теоретически кислород не ограничен в качестве катодного реагента. Емкость батареи зависит только от литиевого электрода, а ее удельная энергия составляет 5,21 кВтч / кг (включая качество кислорода) или 11,4 кВтч / кг (без кислорода).

2, каковы основные требования к энергоносителям?

(1) относительная масса атомов мала;

(2) сильная способность приобретать и терять электроны;

(3) Доля электронных переводов должна быть высокой.

3, каковы основные показатели батарей?

(1) Емкость;

(2) плотность энергии;

(3) коэффициент заряда и разряда;

(4) Напряжение;

(5) Ожидаемая продолжительность жизни;

(6) внутреннее сопротивление;

(7) Саморазряд;

(8) Диапазон рабочих температур.

4, каковы свойства положительных материалов (LFP, NCM, LiCo и т. Д.)?

(1) более высокий потенциал окислительно-восстановительной реакции, высокое выходное напряжение;

(2) высокое содержание лития и высокая плотность энергии;

(3) структурная стабильность в химических реакциях;

(4) Высокая проводимость;

(5) Хорошая химическая стабильность и термическая стабильность, нелегко разлагаться и реагировать;

(6) Низкие цены;

(7) производственный процесс относительно прост и подходит для крупномасштабного производства;

(8) экологически чистый и низкий уровень загрязнения.

5, каковы характеристики отрицательных материалов (Li, C, AL, титанат лития и т. Д.)?

(1) Многослойные структуры или туннельные структуры, облегчающие отсоединение;

(2) стабильная структура, хорошая обратимость заряда и разряда и циклическая работа;

(3) как можно больше ионов лития вводится и удаляется;

(4) Низкий окислительно-восстановительный потенциал;

(5) малая емкость первого необратимого разряда;

(6) Хорошая совместимость с растворителями электролитов;

(7) Низкая цена и легкий доступ к материалам;

(8) Хорошая безопасность;

(9) Окружающая среда дружелюбна.

6. Как можно увеличить удельную энергию аккумулятора?

(1) Увеличить долю положительных и отрицательных активных веществ;

(2) Увеличьте удельную емкость (в граммах) материалов с положительной и отрицательной полярностью;

(3) Похудеть и похудеть.

7, как улучшить коэффициент заряда и разряда литий-ионных аккумуляторов?

(1) Улучшите способность диффузии ионов лития положительного и отрицательного полюсов;

(2) Улучшение ионной проводимости электролитов;

(3) Пониженное внутреннее сопротивление батареи (внутреннее омическое сопротивление и внутреннее сопротивление поляризации).

8. Какие факторы влияют на срок службы литий-ионных батарей?

(1) Отложение отрицательного металлического лития;

(2) разложение материалов с положительной полярностью;

(3) формирование и повторное потребление SEI;

(4) Влияние электролитов в основном проявляется в следующем: общее количество уменьшается, присутствуют примеси, просачивается вода;

(5) закупорка или разрушение диафрагмы;

(6) положительные и отрицательные материалы отваливаются;

(7) Факторы внешнего использования.

9, температура разложения реакции внутреннего материала литий-ионных батарей?

(1) разложение мембраны SEI, экзотермическая реакция электролита, 130 ° C;

(2) разложение электролита, выделение тепла, 130-250 ° C;

(3) При положительном разложении материала образуется большое количество газа и кислорода, 180 ° C-500 ° C;

(4) Реакция связующих веществ и активных веществ с отрицательной полярностью, 240-290 ° C.

Обычно из-за перезарядки, разряда большой мощности, внутреннего короткого замыкания, внешнего короткого замыкания, вибрации, столкновения, падения, удара и т. Д., Вызывающих короткое замыкание, процесс, в котором выделяется большое количество тепла и газа.

Некоторые из самых многообещающих материалов для литиевых батарей будущего

(1) Кремний-углеродный композитный материал отрицательного электрода, высокая плотность энергии, индустриализация 400 Вт / кг или более, но серьезное увеличение объема, плохая циркуляция;

(2) Титанат лития, более 10 000 циклов, изменение объема на 1%, отсутствие образования дендритов, отличная стабильность, быстрая зарядка, но высокая цена, низкая плотность энергии, около 170 Втч / кг;

(3) Графен, который может использоваться в катодных материалах и положительных добавках, имеет отличную проводимость, быстрый перенос ионов, плохой первый эффект, около 65%, плохую циркуляцию и высокую цену;

(4) Литиевые марганцевые батареи с плотностью энергии около 900 Вт · ч / кг богаты сырьем, но имеют низкие первичные эффекты, низкую безопасность и плохую циркуляцию, а также низкую эффективность увеличения;

(5) тройные материалы NCM, обычно 250 Втч / кг, с отрицательным электродом из диоксида кремния, около 350 Втч / кг;

(6) УНТ, углеродные нанотрубки, превосходная электропроводность, превосходная теплопроводность;

(7) Покрытие диафрагмы, подвала + PVDF + Bomushi, улучшающее сопротивление мембраны сократимости, низкую теплопроводность, предотвращает выход тепла из-под контроля;

(8) Высоковольтный электролит, само собой разумеется, с плотностью энергии энергетического материала, соответственно, увеличивается и напряжение;

(9) Связующие на водной основе для защиты окружающей среды и здоровья.

Предварительное литиирование. Прежде чем говорить об этом, давайте поговорим о первых эффектах полу-батарей (материалы с положительной полярностью, отрицательные металлические литиевые таблетки) и полностью заряженной батареи.

Это первый эффект полубатареи литиево-кобальтовой кислоты. Если вы не понимаете, что вся батарея и половина батареи не одно и то же, вы понимаете, что это первый эффект положительного материала.

Первая зарядная емкость полу-батареи немного выше, чем первая разрядная емкость, то есть ионы лития, которые выводятся из положительного полюса при зарядке, а не 100% возвращаются на положительный полюс при разрядке. Первый разрядный объем / первая зарядная емкость - это первая эффективность этой полу-батареи.

Первый КПД тройной системы самый низкий, обычно от 85 до 88%; Литий-кобальтовая кислота занимает второе место, обычно 94 ~ 96%; Фосфат лития-железа немного выше, чем фосфат лития-кобальта, который составляет от 95% до 97%. Первый эффект катодного материала в основном связан с изменением структуры катодного материала после извлечения из него. В нем недостаточно лития, и ионы лития не могут вернуться при первом разряде.

Разница между графитовой половинной батареей и положительным полюсом состоит в том, что графит является положительным электродом, а металлический лист лития - отрицательным электродом. Следовательно, первый эффект графита значительно ниже, чем у положительного материала. Основная причина в том, что ионы лития проходят через электролит. Пленка SEI образуется на поверхности графита. Он потребляет много ионов лития. Ионы лития, предназначенные для пленки SEI, не могут вернуться к отрицательному полюсу.

Первая эффективность всей батареи, после того, как в батарею вводится жидкость, она должна пройти процесс преобразования (только зарядка) и деления емкости (с зарядкой и разрядкой). В общем, первый шаг преобразования и деления емкости - это процесс зарядки. Сумма двух емкостей - это первый раз, когда вся батарея полностью заполнена; Второй этап этапа разделения емкости обычно заключается в разрядке из полного состояния в воздух, поэтому емкость этого этапа является разрядной емкостью полной батареи. Комбинируя их, получается алгоритм первой эффективности всей батареи:

Полная емкость аккумулятора, первая эффективность = емкость, емкость разряда второй ступени / (преобразованная в емкость заполнения + емкость, емкость первой ступени)

Чтобы уменьшить отклонения в повседневной жизни, за емкость аккумулятора принимается вторая полная разрядная емкость.

Подводя итог, можно сделать вывод. Если в плюсе батареи используется тройной материал с начальной эффективностью 88%, то в отрицательном электроде используется графитовый материал с начальной эффективностью 92%. Для этой полностью заряженной батареи первая эффективность составляет 88%, то есть, когда эффект положительного полюса составляет 88%, а эффект отрицательного полюса составляет 92%, первый эффект полной батареи составляет 88%, что равно нижнему положительному полюсу. столб.

Конечно, помимо влияния материалов батареи на первый эффект, удельная поверхность материалов электродов также является важным фактором. Чем больше удельная поверхность графита, тем больше образуется мембрана SEI, тем больше ионов лития необходимо потреблять и тем меньше первый эффект. Кроме того, это также связано с преобразованием батареи в систему зарядки, и заполнение соответствующего SOC также в некоторой степени повлияет на первый эффект батареи.

Для полностью заряженной батареи пленка SEI, образованная на границе раздела отрицательного электрода во время формирования, потребляет ионы лития, деинтеркалированные с положительного электрода, и снижает емкость батареи. Если мы сможем найти источник лития снаружи материала положительного электрода, формирование пленки SEI потребляет ион лития внешнего источника лития, так что ион лития деинтеркаляции положительного электрода не теряется в процессе формирования, и, наконец, можно улучшить полную батарею. вместимость. Этот процесс предоставления внешнего источника лития является предварительным литиированием.

Я возьму отрывок из статьи, чтобы рассказать вам об основном методе предварительной литификации, и я видел только один, это метод отрицательного распыления порошка лития.

1, отрицательный полюс в метод заранее

Мы можем разделить отрицательный электрод на отрицательный, а затем собрать его с положительным электродом после того, как отрицательный электрод сформирует мембрану SEI. Это может избежать потери пары полярных ионов лития и значительно повысить первоначальную эффективность и емкость всей батареи.

Отрицательные пластины и литиевые пластины пропитаны электролитом и заряжены внешними электрическими соединениями. Таким образом, можно гарантировать, что ионы лития, потребляемые во время преобразования, происходят от металлических пластин лития, а не от положительных полюсов. После того, как отрицательный электрод закончен, он собирается с положительным электродом. Сердечник не нужно повторно преобразовывать, так что ион лития положительного полюса не будет потерян из-за образования отрицательного электрода в мембране SEI, и емкость будет значительно увеличена.

Преимущество этого метода предварительной литификации заключается в том, что его можно преобразовать в процесс с максимальной симуляцией, обеспечивая при этом эффект формирования мембраны SEI, подобный эффекту всей батареи. Однако два процесса - раннее преобразование пленок с отрицательной полярностью и сборка пленок с положительной и отрицательной полярностью - слишком сложны для эксплуатации.

2, метод распыления литиевого порошка отрицательного электрода

Поскольку трудно управлять литием, используя только таблетки с отрицательными электродами, люди думают о методах добавления лития, которые распыляют порошок лития непосредственно на таблетки с отрицательными электродами. Сначала получают стабильную частицу порошка металлического лития. Внутренний слой частицы представляет собой металлический литий, а внешний слой представляет собой защитный слой с хорошей проводимостью по ионам лития и электронной проводимостью. Во время процесса предварительной литификации порошок лития сначала диспергируют в органическом растворителе, затем диспергированное тело распыляют на отрицательный электрод, а затем остаточный органический растворитель на отрицательном электроде сушат, чтобы получить предварительно литифицированный отрицательный электрод. Последующие монтажные работы соответствуют нормальным процессам.

Когда он сформирован, порошок лития, распыленный на отрицательный электрод, будет израсходован на формирование мембраны SEI, чтобы максимально удерживать ионы лития, удаленные с положительного электрода, и увеличить емкость всей батареи.

Недостатком этого метода предварительной литификации является то, что трудно гарантировать безопасность, а переработка материалов и оборудования требует больших затрат.

3, метод отрицательного трехслойного электрода

Из-за ограниченности оборудования и процессов дорогостоящая трансформация для предварительной литификации не является приоритетом для аккумуляторных заводов. Если предварительная литификация на аккумуляторных заводах может быть завершена привычным способом, то обобщение будет значительно улучшено. Описанный ниже метод трехслойного электрода упрощает работу на заводе по производству аккумуляторов. В основе трехслойного электродного метода лежит обработка медной фольги,

По сравнению с обычной медной фольгой, медная фольга, полученная методом трехслойного электрода, покрыта порошком металлического лития, необходимым для позднего превращения. Чтобы защитить порошок лития от реакции с воздухом, наносится слой защитного слоя; Отрицательный полюс наносится непосредственно на защитный слой.

Когда сердечник завершает инъекцию, защитный слой растворяется в электролите, позволяя металлическому литию вступить в контакт с отрицательным электродом, а литий-ион, израсходованный на формирование мембраны SEI, будет дополнен порошком металлического лития. Этот метод не предъявляет жестких требований к условиям обработки на заводе по производству аккумуляторов, но стабильность защитного слоя в роликах для приема и разгрузки электродов, прижима роликов, резки и других положениях является серьезной проблемой для разработки электродных материалов, а также металлический литиевый порошок становится негативным материалом после его исчезновения. Гарантия адгезии тоже довольно сложная.

4, метод очень литиевого материала

Маленькие партнеры, работающие в компании, должны были понять, что даже то, что работает в лабораторных условиях, может быть сложно перенести на крупномасштабное производство компании. Стоимость реформирования оборудования, стоимость массового ввода материалов и стоимость контроля за производственной средой могут стать смертельными травмами, которым не могут способствовать новые технологии. Для литиево-электрической технологии оборудование было в основном зрелой отраслью, предпочтительный план предварительной литификации предприятия, безусловно, будет способом прямого продвижения без многочисленных изменений на месте или даже принятия его. Литиевый материал очень богат и отвечает потребностям завода по производству аккумуляторов.

Так называемый положительный литиевый метод можно просто понять как материал. Когда он образуется, количество ионов лития, высвобождаемых ее положительным полюсом, в несколько раз превышает количество ионов лития, которые могут высвобождаться используемым в настоящее время материалом. Когда эффект отрицательного полюса ниже, чем положительный полюс, будет потеряно слишком много ионов лития на отрицательный полюс при его формировании, что приведет к неспособности заполнить эффективное пространство положительного полюса ионами лития после разряда, что приведет к отходы положительного полярного литиевого пространства. Если к положительному электроду добавить небольшое количество богатого литием материала с высоким содержанием грамма, это может обеспечить большее количество ионов лития для образования мембраны SEI. Нет необходимости беспокоиться о том, что материалы с высоким содержанием лития не могут быть повторно внедрены во время разряда (поскольку ионы лития, обеспечиваемые материалами с высоким содержанием лития, полностью расходуются при преобразовании).

Различные методы предварительной литификации, описанные выше, все нацелены на полноэлементные батареи с меньшим отрицательным первым эффектом, чем положительный. После предварительной литификации полной батареи в первый раз максимальная эффективность может достигнуть только уровня полу-батареи из положительного материала. Для батарей с более низким положительным первым эффектом вышеупомянутый метод в основном бессилен, потому что в это время первый эффект всей батареи ограничен тем фактом, что после положительной зарядки больше не хватает места для лития. Даже если литий заполнен внешним миром, он не может быть встроен в положительный полюс, поэтому нет никакого эффекта.

Страница содержит содержимое машинного перевода.