Внедрение анодных и катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов.

Это нормально видеть термины литий-фосфат железа, тройные литиевые батареи, которые делятся по типу анодных материалов литий-ионной батареи. Собственно говоря, анодные и катодные материалы литий-ионной батареи больше влияют на ее свойства. Но какие анодные материалы используются на современном рынке? Каковы их сильные и слабые стороны в производстве литий-ионных аккумуляторов?

1. Анодный материал

Прежде всего, давайте посмотрим на материалы анода, выбор материалов анода, в основном, исходя из следующих факторов:

1) Обладая высоким потенциалом REDOX, литий-ионный аккумулятор должен обеспечивать высокое выходное напряжение;

2) высокое содержание лития, высокая насыпная плотность материала, литий-ионный аккумулятор имеет высокую плотность энергии;

3) химическая реакция в процессе структурной стабильности лучше, литий-ионный аккумулятор имеет длительный срок службы;

4) более высокая проводимость, благодаря чему литий-ионный аккумулятор имеет хорошие характеристики зарядки и разрядки;

5) Лучшая химическая стабильность и термическая стабильность, нелегко разлагаться и лихорадить, что делает безопасность литий-ионной батареи хорошей;

6) Дешевый, что делает стоимость литий-ионного аккумулятора достаточно низкой;

7) Процесс производства относительно прост, легко серийное производство.

8) Низкое загрязнение окружающей среды, легкая переработка.

В настоящее время плотность энергии, скорость зарядки и разрядки, некоторые ключевые показатели, такие как безопасность литий-ионной батареи, в основном зависят от материала анода.

Исходя из этих факторов, которые следует учитывать, после выхода на рынок инженерных исследований и испытаний, рынок в настоящее время распространенных анодных материалов показан в таблице ниже:

Коммерческое применение литиевой кобальтовой кислоты идет первым, первое поколение коммерческого применения литий-ионных аккумуляторов - это SONY в 1990 году на рынке литий-ионных аккумуляторов с кобальтовой кислотой, а затем широкое применение в потребительских товарах. С огромной популярностью мобильных телефонов, ноутбуков, планшетов, литий-кобальтовая кислота когда-то была катодным материалом литий-ионной батареи в продаже самого большого материала. Но качество присущего ему недостатка дано () не то же самое, поскольку плотность энергии низкая, теория предела составляет 274 мАч / г, ради стабильности положительной структуры, может достичь только теоретическое значение 50% в в натуральном выражении, а именно 137 мАч / г. В то же время, из-за того, что запасы элемента кобальта на земле ниже, также приводит к более высокой стоимости лития кобальтовой кислоты, в крупномасштабной популяризации в области жестких аккумуляторов, поэтому материалы анода лития кобальтовой кислоты будут постепенно заменяться другими материалами.

В связи со стабильностью, безопасностью, сложными аспектами синтеза материалов и недостатками, коммерческое применение никелевой кислоты лития меньше, редко встречается на рынке, здесь не обсуждают.

Коммерческое применение литий-марганцевой кислоты, в основном в области аккумуляторных батарей, является более важной отраслью литий-ионных аккумуляторов. Например, листовой электромобиль Nissan ИСПОЛЬЗУЕТ марганцево-ионные ионно-литиевые батареи японской компании AESC, ранний Chevrolet Volt также использует литий-ионные химические марганцево-кислотные аккумуляторы Южной Кореи. Важным преимуществом марганцевой кислоты лития является низкая стоимость, хорошие низкотемпературные характеристики, недостатком является то, что удельная емкость низкая, предел в 148 мАч / г, а высокотемпературные характеристики плохие, низкий срок службы. Таким образом, развитие литиево-марганцевой кислоты было очевидным узким местом, в последние годы направление исследований в основном модифицировано литиево-марганцевой кислотой, за счет добавления других элементов, чтобы изменить ее недостатки.

Литий-железо-фосфатный материал в Китае какое-то время, с одной стороны, научно-исследовательскими учреждениями и предприятиями в технической части привода, с другой стороны, индустриализация, управляемая BYD дома, до нескольких лет литий-ионной батареи Отечественные предприятия в области аккумуляторных батарей в основном отдают предпочтение литий-железо-фосфатному материалу. Но поскольку глобальный спрос на плотность энергии литий-ионных аккумуляторов все выше и выше, а удельная емкость теоретического предела фосфата лития-железа составляет 170 мАч / г, а на самом деле может быть достигнута только около 120 мАч / г, не удалось удовлетворить текущий и будущий рыночный спрос. Кроме того, соотношение производительности фосфата лития-железа, низкотемпературных характеристик, таких как неисправности, также ограничивает применение фосфата лития-железа. BYD недавно придумал модифицированный материал фосфата лития-железа, плотность энергии сильно увеличилась, также не дал конкретных технических деталей, не знаю, с каким материалом внутри. С точки зрения областей применения продукта, мощность должна быть рынком хранения энергии для железо-фосфатных литий-ионных аккумуляторов, важным рынком, напротив, рынок не особенно чувствителен к плотности энергии, а также к длительному сроку службы, низкой стоимости, высокой безопасности срочно спрос на батареи, преимущество материала фосфата лития-железа.

В последние годы предприятие Японии и Южной Кореи активно продвигает применение тройного материала, тройного материала никель-кобальт-марганец постепенно становится основным направлением рынка, отечественные предприятия также принимают следующую стратегию, постепенно обращаясь к тройному материалу. Высокая удельная емкость тройного материала, продукты, представленные на рынке в настоящее время, могут достигать 170 ~ 180 мАч / г и иметь возможность увеличивать удельную энергию мономера батареи почти до 200 Втч / кг, что удовлетворяет требованиям к электроснабжению на большие расстояния. легковые автомобили. Кроме того, изменяя соотношение тройного материала (x, y), также можно достичь хорошего соотношения производительности, чтобы удовлетворить потребность транспортных средств PHEV и HEV в литий-ионных батареях с большим соотношением и малой емкостью, что является причиной тройной материал популярен. Из химической формулы видно, что тройной материал никель-кобальт-марганец объединяет (LiCoO2) и кобальтовокислый литий-марганцево-кислотный литий (LiMn2O4). Некоторые из преимуществ, в то же время как элемент никель, могут улучшить удельную энергию и соотношение производительности.

Тройной материал из алюминия, никеля и кобальта, строго говоря, на самом деле является модификацией материалов на основе литий-никелевой кислоты (LiNiO2), в том числе с определенной долей кобальта и алюминия (меньше). Коммерческое применение - в основном Япония, компания Panasonic занимается другими ионно-литиевыми ионами. Аккумуляторная компания мало исследовала этот материал. Для сравнения, поскольку знаменитая Tesla использует тройные алюминиево-никелевые и кобальтовые трехкомпонентные батареи Panasonic 18650 для системы аккумуляторных батарей электромобиля, расстояние до 500 километров, иллюстрирует материал положительного полюса, по-прежнему имеет уникальное значение.

Выше всего лишь обычный катодный материал ионно-литиевой батареи, не представляющий весь технический путь. Фактически, и университеты, и исследовательские институты, и компании пытаются изучить новый тип катодного материала литий-ионных аккумуляторов, надеясь продвинуть ключевые показатели, такие как плотность энергии и срок службы, на более высокий уровень. И, конечно, если вы хотите достичь 250 Вт · ч / кг, даже 300 Вт · ч / кг индекса плотности энергии, коммерческое применение анодных материалов в настоящее время не может быть реализовано, поэтому анодный материал технологических изменений должен быть более таким. как изменение слоистой структуры для структуры шпинели твердых материалов и материалов положительного электрода для органических соединений, в настоящее время являются популярным направлением исследований.

2. Катодный материал.

Напротив, исследования анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов, не столько, сколько анодного материала, но улучшение характеристик анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов по-прежнему играет жизненно важную роль, при выборе анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов следует учитывать следующие условия:

1) Он должен иметь слоистую или туннельную структуру для облегчения и удаления встроенных ионов лития;

2) Он находится в ионе лития, когда он встроен без изменения структуры, имеет хорошую обратимость заряда и разряда и срок службы;

3) Иона лития в заделке и вне должно быть как можно больше, чтобы электрод обладал высокой необратимой емкостью;

4) потенциал реакции REDOX ниже, а материал анода взаимодействует, благодаря чему батарея имеет высокое выходное напряжение;

5) Впервые мала удельная емкость необратимого разряда;

6) Обладает хорошей совместимостью с растворителем электролита;

7) Богатство ресурсов, невысокая цена;

8) Безопасность;

9) Экологичность.

Существует много типов анодных материалов литий-ионных аккумуляторов, в соответствии с химическим составом их можно разделить на металлические анодные материалы (включая сплавы), неорганические неметаллические анодные материалы и анодные материалы из оксида металла.

(1) металлические анодные материалы: этот вид материала со сверхвысокой интеркалированной емкостью. Самое раннее исследование - анодные материалы для металлического лития. Из-за плохой безопасности батареи и плохих характеристик цикла металлический литий в качестве отрицательного материала не получил широкого распространения. В последние годы класс анодных материалов из сплава получил более обширные исследования, такие как сплав на основе олова, алюминиевый сплав, магниевый сплав, сурьма и т. Д., Это новое направление.

(2) Неорганические неметаллические анодные материалы, используемые в материале катода литий-ионной батареи из неорганических неметаллических материалов, в основном углерода, кремния и других неметаллических композиционных материалов.

(3) Материал оксида переходного металла: этот тип материала обычно имеет структурную стабильность, длительный срок службы, такой как переходный оксид лития (титанат лития и т. Д.), Композитные оксиды на основе олова.

С точки зрения современного рынка, для крупномасштабных коммерческих применений анодным материалам по-прежнему уделяется приоритетное внимание, а углеродным материалам все еще уделяется внимание, используются графит и графитовые углеродные материалы. В области автомобильных и электрических инструментов титанат лития в качестве катодного материала также имеет определенное применение, в основном имеет очень высокий срок службы, безопасность и производительность, но снижает удельную энергию батареи, поэтому не является основным направлением. Другим типам анодных материалов, помимо SONY в изделиях из оловянных сплавов, по-прежнему уделяется приоритетное внимание благодаря научным исследованиям и инженерным разработкам, а не применению на рынке.

Что касается тенденции развития будущего, то материалы на основе кремния, если они смогут эффективно решить проблему циркуляции, могут заменить углеродные материалы в качестве анодных материалов следующего поколения для литий-ионных аккумуляторов. Сплав олова, кремниевый сплав анодных материалов класса, также очень популярное направление, будет в сторону индустриализации. Кроме того, безопасность и высокая плотность энергии оксидов железа, которые могут заменить титанат лития (LTO), широко используются в некоторых областях, требующих длительного срока службы и безопасности.

В следующем содержании мы обсудим энергию литий-ионного аккумулятора, связанные с двумя ключевыми показателями: плотность энергии и скорость заряда и разряда, краткое обсуждение.

Плотность энергии, то есть то, что может храниться энергия на единицу объема или веса, чем выше показатель, тем лучше, конечно, все концентрированные эссенции. Скорость заряда и разряда, скорость накопления и высвобождения энергии, лучше быть секундной скоростью, мгновенная полная или высвобождение, по-вашему.

Конечно, это идеальное состояние. На самом деле, под влиянием различных реальных факторов трудно получить неограниченную энергию. Ни один из них не может реализовать мгновенную передачу энергии. Мы обязаны найти ответ, как постоянно преодолевать эти ограничения и достигать более высокого уровня исследования.

Страница содержит содержимое машинного перевода.