В основі акумуляторів лежить безліч матеріалів, кожен з яких має свої особливості та призначення. Матеріал акумулятора відіграє важливу роль у розвитку акумуляторів. Більшість з найкращий постачальник бесс намагаються підвищити щільність енергії батареї за рахунок матеріалу батареї.
У цій статті ми розглянемо особливості матеріалів для акумуляторів. Попутно ми також поговоримо про потенціал матеріалів для акумуляторів у майбутньому.
</img
Що включають в себе матеріали для акумуляторів?
Склад акумулятора - це складний і делікатний процес. Коли ми говоримо про матеріал акумулятора, то маємо на увазі 4 ключові матеріали: матеріал позитивного електрода, матеріал негативного електрода, електроліт і сепаратор.
Приймаю літій-іонний акумулятор Наприклад, матеріал позитивного електрода відповідає за вивільнення іонів літію під час процесу розряду, тоді як матеріал негативного електрода відповідає за зберігання цих іонів під час процесу заряджання. Електроліти відіграють вирішальну роль, оскільки вони забезпечують середовище, через яке іони літію рухаються між електродами, і, нарешті, сепаратори мають вирішальне значення, оскільки вони запобігають фізичному контакту між електродами, дозволяючи іонам проходити крізь них.
Однак усі матеріали для акумуляторів мають свої унікальні проблеми, оскільки всі вони стикаються з певними обмеженнями при розробці. Ці обмеження можуть бути зумовлені такими факторами, як обмежена доступність сировини, складнощі у виробничому процесі або навіть притаманні цим матеріалам хімічні властивості.
Аналіз параметрів матеріалу акумулятора
Що стосується матеріалів для акумуляторів і пов'язаних з ними параметрів, то ось кілька найпоширеніших матеріалів і докладний опис їхніх характерних параметрів:
| Матеріали позитивних електродів | Типова робоча напруга | Питома потужність | Тривалість циклу |
|---|---|---|---|
| Літій-кобальт оксид (LiCoO2) | 3.6-3.7V | 140-160 мАг/г | зазвичай кілька сотень циклів |
| Літій нікель марганець оксид (LiNiMnCoO2) | 3.6-4.2V | 200 мАг/г | до декількох тисяч циклів |
| Літій-залізофосфат (LiFePO4) | 3.2-3.3V | 160 мАг/г | зазвичай кілька тисяч циклів |
| Матеріали негативних електродів | зазвичай кілька сотень циклів | Тривалість циклу |
|---|---|---|
| Графіт | 350-365 мАг/г | зазвичай кілька сотень циклів |
| Літій металевий | 3860 мАг/г | схильні до проблем з безпекою та мають обмежений термін служби |
| Кремній | 3000-4200 мАг/г | обмежена розширенням об'єму, термін служби циклу короткий |
| Електроліти | Іонна провідність | Температура горіння (термічна стабільність) |
|---|---|---|
| Рідкий електроліт (органічний розчин) | зазвичай 10^-3 - 10^-2 S/см | має бути вищою за робочу температуру акумулятора |
| Тверді електроліти (оксидна кераміка, полімери) | зазвичай 10^-4 - 10^-2 S/см | зазвичай зберігає хорошу стабільність при високих температурах |
Слід зазначити, що характерні параметри матеріалу батареї можуть відрізнятися залежно від методів підготовки, чистоти, вмісту та інших факторів. Крім того, різні типи акумуляторів (наприклад, літій-іонні, нікель-метал-гідридні), а також різні виробники та лінійки продуктів можуть мати незначні відмінності в комбінаціях матеріалів і параметрах. Тому в практичному застосуванні такі фактори, як продуктивність акумулятораДля вибору найбільш підходящого матеріалу необхідно всебічно розглянути такі фактори, як вартість, безпека та екологічність.
Вплив матеріалу батареї на батареї
Матеріали позитивних електродів
Позитивні електродні матеріали складають 20%-30% виробничої собівартості літієвих батарей і є важливим фактором, що визначає продуктивність літієвих батарей. Його основні технічні шляхи включають літій-кобальтовий оксид, марганець літію, літій-залізо-фосфат, потрійні матеріали тощо.
Зі зміною технологій основними напрямками розвитку є високонікелеві потрійні продукти з перевагами в енергоємності та літій-залізо-марганцевий фосфат з безпечними та економічними перевагами. Літій-залізо-марганцевий фосфат насправді не може вирішити проблему підвищення енергоємності, оскільки він є скоріше замінником низьконікелевих потрійних матеріалів та літій-залізо-фосфатних матеріалів. Високонікелеві потрійні матеріали все ще є межею для щільності енергії катодних матеріалів.
Матеріал негативного електрода
Як носій іонів літію та електронів, матеріал негативного електрода в основному відповідає за зберігання та вивільнення енергії, що може безпосередньо впливати на щільність енергії, термін служби батареїВід цього залежить довговічність, безпека, здатність до швидкої зарядки та інші властивості акумулятора. В даний час основним анодним матеріалом є штучний графіт, на який припадає близько 10%-15% вартості літій-іонних акумуляторів.
Однак, з точки зору застосування, фактична питома ємність графітового анодного матеріалу зараз досягла 360-365 мАг/г, наближаючись до теоретичної межі в 372 мАг/г. обмежуючи промисловий розвиток. Промисловість, як правило, вважає, що кремній-вуглецеві анодні матеріали з високою питомою ємністю (питома ємність кремнію до 4200 мАг/г, що в 10-12 разів більше, ніж у графітових матеріалів) стануть напрямком розвитку анодних матеріалів у майбутньому.
Електроліт
Електроліт має великий вплив на комплексні характеристики літієвих батарей, такі як високотемпературні та низькотемпературні характеристики, швидкість заряджання та безпеку. Формула електроліту також є важливим напрямком досліджень. Електроліт складається з розчинника, солі літію та електроліту.
Найважливішими компонентами є літієва сіль та добавки, кількість яких становить приблизно 12% та 8% відповідно. Бісфторсульфоніл-імід літію (LIFSI) в даний час використовується як добавка в електролітах (кількість додавання становить близько 0,5%-1%) і привертає широку увагу завдяки своєму потенціалу як основне застосування солі літію в майбутньому. Хоча переваги очевидні, швидкість розширення кремнієвих матеріалів може легко вплинути на ефективність першого заряду і термін служби акумулятора, обмежуючи його комерційне застосування в негативних електродах.
Сепаратор
Сепаратор літієвої батареї - це плівка з мікропористою структурою. Це ключовий внутрішній компонент з найбільшими технічними бар'єрами в ланцюжку виробництва літій-іонних акумуляторів. Це також остання ланка для досягнення вітчизняного виробництва. На його частку припадає близько 10% вартості акумуляторних батарей - 20%.
Сепаратор розташований між позитивним і негативним електродами літієвої батареї. Його основна функція - розділяти позитивні і негативні активні матеріали і запобігати короткому замиканню двох полюсів через контакт. Крім того, під час електрохімічної реакції сепаратор також може підтримувати необхідний рівень електроліту, щоб сформувати шлях для руху іонів.
Майбутній розвиток матеріалів для акумуляторів
Майбутній розвиток матеріалів для акумуляторів є динамічною галуззю, що розвивається, рушійною силою якої є попит на більш ефективні, безпечні та стійкі батареї. рішення для зберігання енергії. Ось кілька ключових перспектив майбутнього розвитку матеріалів для акумуляторів
Досягнення в області катодних матеріалів:
Поточні дослідження спрямовані на розробку катодних матеріалів з вищою щільністю енергії, швидшим заряджанням і меншою залежністю від дефіцитних або екологічно небезпечних елементів, таких як кобальт. Досліджуються такі матеріали, як літій-залізо-фосфат (LFP), літій-нікелевий оксид (LiNiO2) і вдосконалені композиції NMC.
Інновації в анодних матеріалах:
Кремнієві аноди з їхньою високою теоретичною ємністю є предметом досліджень, хоча проблеми, пов'язані з розширенням об'єму під час циклу, потребують вирішення. Металеві літієві аноди, в разі успішної розробки, можуть значно підвищити щільність енергії.
Покращення електролітів:
Розробка вдосконалених електролітів, включаючи твердотільні електроліти, полімерні електроліти та електролітні добавки, триває. Вдосконалені електроліти можуть сприяти підвищенню безпеки, розширенню температурного діапазону та покращенню продуктивності за різних умов.
Майбутній розвиток матеріалів для акумуляторів, ймовірно, буде визначатися комбінацією факторів, включаючи досягнення в галузі матеріалознавства, міркування сталого розвитку та зростаючі вимоги різних застосувань.
+86 - 18925002618
