Teknologi suplemen lithium anoda dan katoda baterai lithium-ion
Suplemen litium bahan elektroda dengan pra-litrasi menangkal kehilangan lithium yang tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh pembentukan film SEI.
Daftar Isi
Selama pengisian daya pertama baterai lithium-ion, elektrolit organik akan berkurang dan terurai pada permukaan anoda seperti grafit untuk membentuk film antarmuka fase elektrolit padat, yang secara permanen mengkonsumsi sejumlah besar lithium dari bahan katodamenghasilkan efisiensi coulomb yang rendah pada siklus pertama dan mengurangi kapasitas dan kepadatan energi baterai lithium-ion. Untuk mengatasi masalah ini, teknologi pra-litium telah diteliti.
Suplemen lithium dari bahan elektroda dengan pra-litrasi menangkal kehilangan lithium yang tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh pembentukan film SEI untuk meningkatkan kapasitas total dan kepadatan energi baterai.
Teknologi suplemen lithium anoda
Metode pra-litium yang umum digunakan adalah suplemen litium anoda, seperti suplemen litium dengan litium foil, suplemen litium dengan bubuk litium, dan lain-lain, merupakan proses pra-litium yang saat ini difokuskan pada pengembangan. Selain itu, ada juga teknologi yang menggunakan bubuk lithium silisida dan larutan air garam lithium elektrolitik untuk melakukan pra-litrasi.
Suplemen litium melalui foil litium
Suplemen litium dengan foil litium adalah teknik suplemen litium yang menggunakan mekanisme pelepasan sendiri. Potensi logam litium adalah yang terendah di antara semua bahan elektroda, dan karena perbedaan potensial, ketika anoda baterai lithium ion material bersentuhan dengan foil logam lithium, elektron bergerak secara spontan menuju anoda, disertai dengan penyematan Li+ di anoda.
Anoda kawat nano silikon yang ditumbuhkan pada substrat baja tahan karat diberi suplemen litium dengan menambahkan elektrolit setetes demi setetes, kemudian langsung menghubunginya dengan foil litium. Uji setengah sel dilakukan pada anoda yang disuplementasi lithium dan menemukan bahwa: tegangan sirkuit terbuka tanpa suplemen lithium adalah 1,55V, dan debit 0,1C pertama pada Anoda yang disuplementasi lithium memiliki tegangan sirkuit terbuka 1.55 V dan kapasitas litium tertanam sebesar 3800 mAh/g pada 0,01-1,00 V untuk pelepasan 0,1 C pertama; kawat nano silikon yang dilengkapi litium memiliki tegangan sirkuit terbuka 0,25 V dan kapasitas litium tertanam sebesar 1600 mAh/g untuk pertama kalinya.
Anoda timah-karbon secara langsung dikontakkan dengan kertas litium yang diresapi elektrolit selama 180 menit, dan suplemen litium dilakukan. Suplemen litium diuji dengan setengah sel, dan kapasitas spesifik timah-karbon yang tidak dapat diubah berkurang dari 680 mAh / g menjadi 65 mAh / g setelah suplemen litium. anoda dibentuk sebagai sel penuh, dan multiplisitas 1.0C diuji pada 3,1 hingga 4,8. ICE yang diuji pada V mendekati 100%, dan siklusnya stabil serta kinerja multiplisitasnya bagus.
Meskipun pra-litium anoda dapat dicapai dengan kontak langsung dengan lithium foil, tingkat pra-litium tidak mudah dan tepat dikontrol. Lithiation yang tidak mencukupi tidak cukup meningkatkan ICE; sementara suplemen lithium yang berlebihan dapat menyebabkan pembentukan pelapisan lithium logam pada permukaan anoda.
Para peneliti et al. meningkatkan keamanan suplemen lithium melalui lithium foil, dan merancang anoda struktur tiga lapis bahan aktif/polimer/logam lithium yang dapat stabil di udara sekitar selama 30-60 menit, yang cukup untuk anoda yang akan diproses. Ketiga lapisan tersebut adalah: lapisan logam lithium yang diendapkan secara elektrokimia pada kertas tembaga, lapisan pelindung polimetilmetakrilat yang dilapisi pada lapisan lithium, dan lapisan bahan aktif.
Bubuk logam lithium yang distabilkan
Suplemen litium dengan bubuk litium diusulkan oleh FMC, yang mengembangkan SLMP dengan kapasitas spesifik hingga 3600mAh/g dan lapisan tipis litium karbonat 2% hingga 5% yang dilapisi di permukaan, yang dapat digunakan di lingkungan kering. Ada dua cara utama untuk menerapkan SLMP pada pra-litiumisasi anoda: menambahkannya selama proses pembuatan pulp, atau menambahkannya langsung ke permukaan lembaran anoda.
Bubur anoda konvensional menggunakan sistem PVDF/NMP atau SBR+CMC/air deionisasi, tetapi SLMP tidak kompatibel dengan pelarut polar dan hanya dapat didispersikan dalam heksana, toluena, dan pelarut non polar lainnya, sehingga tidak dapat ditambahkan secara langsung dalam proses bubur konvensional. Dengan sistem SBR-PVDF / toluena, SLMP dapat langsung dicampur dalam bubur elektroda grafit. Setelah pra-litrasi anoda dengan SLMP, ICE sel meningkat dari 90.6% menjadi 96.2% pada 0.01 hingga 1.00V dan 0.05C.
Lebih sederhana dan lebih mudah untuk memasukkan SLMP secara langsung ke permukaan anoda yang telah dikeringkan daripada menambahkannya selama proses pembuatan pulp. SLMP digunakan untuk pra-litrasi anoda tabung nano silika-karbon dengan menjatuhkan larutan SLMP / toluena fraksi massa 3% ke permukaan anoda tabung nano silika-karbon, lalu menekan dan mengaktifkannya setelah pelarut toluena menguap. Setelah pra-litrasi, kapasitas ireversibel pertama anoda berkurang 20% menjadi 40%.
Bubuk silisida litium
Ukuran kecil bubuk nano litium silisida lebih menguntungkan untuk dispersi dalam anoda. Selain itu, sudah dalam keadaan bengkak dan perubahan volume selama bersepeda tidak mempengaruhi struktur seluruh elektroda. Saat ini, ada beberapa penelitian tentang aditif yang digunakan dalam cara suplemen lithium dari bubuk lithium silisida, dan hanya beberapa peneliti yang telah mempelajari kinerja suplemen lithium dan peningkatan stabilitas bubuk lithium silisida.
Sistem setengah sel diisi dan dikosongkan pada 0,01 hingga 1,00 V pada 0,05 C. ICE anoda silika meningkat dari 76% menjadi 94% dengan penambahan 15% bubuk lithium silisida; ICE mikrosfer karbon fase menengah meningkat dari 75% menjadi 99% dengan penambahan 9% bubuk lithium silisida; dan ICE anoda grafit meningkat dari 87% menjadi 99% dengan penambahan 7% bubuk lithium silisida.
Suplemen litium dengan elektrolisis larutan air garam litium berair
Apakah suplemen litium dilakukan dengan menggunakan litium foil, SLMP atau bubuk litium silisida, penggunaan logam litium tetap terlibat. Logam litium mahal, reaktif, sulit ditangani, dan membutuhkan biaya tinggi untuk penyimpanan dan transportasi untuk perlindungan. Jika proses suplemen litium tidak melibatkan logam litium, maka dapat menghemat biaya dan meningkatkan kinerja keselamatan. Silikon dapat disuplementasi litium dengan mengelektrolisis larutan berair Li2SO4 dalam sel elektrolit, dengan elektroda pengorbanan berupa kawat tembaga yang direndam dalam Li2SO4.
Teknologi suplemen litium katoda
Suplemen lithium katoda tipikal adalah sejumlah kecil bahan berkapasitas tinggi yang ditambahkan ke proses sintesis katoda, dan selama proses pengisian daya, Li+ dikeluarkan dari bahan berkapasitas tinggi untuk menambah kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan selama pengisian daya dan pengosongan pertama. Saat ini, bahan utama yang digunakan sebagai aditif suplemen litium katoda adalah: senyawa kaya litium, nanokomposit berdasarkan reaksi konversi, dan senyawa litium biner.
Senyawa kaya litium
Bahan kaya Li Li1+xNi0.5Mn1.5O4 digunakan untuk mengkompensasi kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan dari sel penuh Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4. Retensi kapasitas sel yang menggunakan katoda hibrida dengan 0,33C selama 100 siklus pada 3,00 hingga 4,78 V adalah 75%, sedangkan sel yang menggunakan katoda LiNi0.5Mn1.5O4 murni hanya 51%. Li2NiO2 juga dapat digunakan sebagai aditif untuk suplemen litium katoda, tetapi kurang stabil di udara. Li2NiO2 dapat dimodifikasi menggunakan aluminium isopropanolik, dan bahan Li2NiO2 yang dilapisi dengan alumina yang stabil di udara disintesis dengan hasil suplemen lithium yang sangat baik.
Nanokomposit berdasarkan reaksi konversi
Terlepas dari efektivitas senyawa kaya litium sebagai aditif suplemen litium, efek suplemen litium pertama masih dibatasi oleh kapasitas spesifik yang lebih rendah. Nanokomposit berdasarkan reaksi konversi dapat menyumbangkan sejumlah besar lithium selama pengisian pertama baterai karena adanya histeresis tegangan pengisian/pengosongan yang besar, sedangkan reaksi tertanam lithium tidak dapat terjadi selama proses pengosongan.
Dengan komposit nano-Co / litium oksida yang disintesis yang didaur ulang pada 50mA / g pada 4,1 hingga 2,5V, kapasitas spesifik muatan pertama mencapai 619mAh / g dan kapasitas spesifik pengosongan hanya 10mAh / g; setelah 8 jam terpapar udara ambien, kapasitas spesifik de-lithium hanya 51mAh / g lebih kecil dari nilai awal, dan setelah penempatan 2d, kapasitas spesifik de-lithium masih 418mAh / g, yang memiliki stabilitas lingkungan yang baik, kompatibel dengan proses produksi baterai komersial.
Lithium fluorida adalah bahan suplemen lithium katoda yang potensial karena kandungan lithium yang tinggi dan stabilitas yang baik. Nanomaterial M/LiF yang dibangun oleh reaksi konversi dapat mengatasi masalah konduktivitas LiF yang rendah dan konduktivitas ionik, potensi dekomposisi elektrokimia yang tinggi dan produk dekomposisi yang berbahaya, menjadikan lithium fluorida sebagai aditif suplemen litium katoda yang sangat baik. Kapasitas teoritis lithium sulfida mencapai 1166 mAh / g, tetapi masih banyak masalah yang harus dipecahkan ketika digunakan sebagai aditif suplemen lithium, seperti kompatibilitas dengan elektrolit, isolasi, dan stabilitas lingkungan yang buruk.
Meskipun kapasitas suplemen litium lebih tinggi daripada senyawa kaya litium, nanokomposit yang didasarkan pada reaksi konversi dapat memiliki sisa oksida logam tidak aktif, fluorida, dan sulfida setelah suplemen litium pertama, sehingga mengurangi kepadatan energi baterai. Untuk pengetahuan lebih lanjut terkait, silakan merujuk ke baterai ion fluorida artikel.
Senyawa litium biner
Kapasitas spesifik teoritis dari senyawa lithium biner jauh lebih tinggi. Li2O2, Li2O dan Li3N memiliki kapasitas spesifik teoretis masing-masing 1168 mAh/g, 1797 mAh/g dan 2309 mAh/g, dan efek suplemen litium yang serupa dapat dicapai hanya dengan penambahan kecil. Secara teoritis, residu dari bahan-bahan ini setelah suplemen lithium adalah O2, N2, dll., Yang dapat dikeluarkan selama pembentukan film SEI dalam baterai.
Li3N yang tersedia secara komersial digiling menjadi bubuk dengan ukuran partikel 1-5 μm dan digunakan sebagai tambahan litium. kapasitas spesifik muatan pertama elektroda LiCoO2 dengan 1% dan 2% Li3N yang ditambahkan pada suhu 0,1C pada 3,0-4,2V adalah 167,6 mAh/g dan 178,4 mAh/g, masing-masing, di bawah sistem setengah sel, yang meningkat dari LiCoO2 murni 18,0 mAh/g dan 28,7 mAh/g.
Li2O2 komersial dicampur dengan NCM untuk mengkompensasi kehilangan lithium selama pengisian pertama anoda grafit. NCM dalam elektroda hibrida memainkan peran ganda sebagai bahan aktif dan katalis. Untuk mengkatalisis penguraian Li2O2 secara efisien, NCM diperoleh dengan menambahkan penggilingan bola 1% selama 6 jam ke katoda. sel penuh diisi dan dikosongkan dari 2,75 hingga 4,60 V dengan kapasitas spesifik reversibel 0,3C 165,4 mAh / g, yang merupakan 20,5% lebih tinggi dari sel penuh grafit|NCM.
Pengujian menunjukkan bahwa oksigen yang dilepaskan dari penguraian Li2O2 mengkonsumsi Li+ yang terbatas di dalam sel penuh, menghasilkan degradasi kapasitas yang signifikan dari sel penuh yang ditambahkan Li2O2, tetapi kapasitas dapat dipulihkan setelah gas dikeluarkan. Pengisian daya pertama baterai dalam proses produksi aktual dilakukan dalam sistem terbuka, dan gas-gas dari pembentukan film SEI dan beberapa reaksi samping dikeluarkan sebelum penyegelan, sehingga mengurangi dampak pelepasan O2.
Ringkasan
Membandingkan dua metode suplemen litium, reagen suplemen litium (litium foil, litium bubuk dan litium bubuk silisida) yang digunakan dalam suplemen litium anoda memiliki kapasitas tinggi, tetapi pengoperasiannya rumit dan membutuhkan persyaratan lingkungan yang tinggi; dengan menambahkan aditif suplemen litium pada katoda pada suplemen litium katoda, maka suplemen litium tersebut aman dan stabil serta kompatibel dengan proses produksi baterai yang sudah ada.
Penelitian di masa depan tentang teknologi suplemen lithium anoda harus fokus pada peningkatan stabilitasnya dalam proses pembuatan baterai, mengembangkan solusi teknis yang kompatibel dengan produksi industri dan proses sederhana; suplemen lithium katoda harus fokus pada pengembangan kapasitas suplemen lithium, penggunaan sejumlah kecil, residu suplemen lithium setelah sejumlah kecil sistem Aditif.
Jika Anda ingin mengetahui informasi yang lebih relevan, Anda dapat merujuk ke 5 produsen suplemen lithium teratas di Tiongkok yang saya susun sebelumnya.
Teknologi suplemen lithium anoda dan katoda baterai lithium-ion
Suplemen litium bahan elektroda dengan pra-litrasi menangkal kehilangan lithium yang tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh pembentukan film SEI.
Selama pengisian daya pertama baterai lithium-ion, elektrolit organik akan berkurang dan terurai pada permukaan anoda seperti grafit untuk membentuk film antarmuka fase elektrolit padat, yang secara permanen mengkonsumsi sejumlah besar lithium dari bahan katodamenghasilkan efisiensi coulomb yang rendah pada siklus pertama dan mengurangi kapasitas dan kepadatan energi baterai lithium-ion. Untuk mengatasi masalah ini, teknologi pra-litium telah diteliti.
Suplemen lithium dari bahan elektroda dengan pra-litrasi menangkal kehilangan lithium yang tidak dapat dipulihkan yang disebabkan oleh pembentukan film SEI untuk meningkatkan kapasitas total dan kepadatan energi baterai.
Teknologi suplemen lithium anoda
Metode pra-litium yang umum digunakan adalah suplemen litium anoda, seperti suplemen litium dengan litium foil, suplemen litium dengan bubuk litium, dan lain-lain, merupakan proses pra-litium yang saat ini difokuskan pada pengembangan. Selain itu, ada juga teknologi yang menggunakan bubuk lithium silisida dan larutan air garam lithium elektrolitik untuk melakukan pra-litrasi.
Suplemen litium melalui foil litium
Suplemen litium dengan foil litium adalah teknik suplemen litium yang menggunakan mekanisme pelepasan sendiri. Potensi logam litium adalah yang terendah di antara semua bahan elektroda, dan karena perbedaan potensial, ketika anoda baterai lithium ion material bersentuhan dengan foil logam lithium, elektron bergerak secara spontan menuju anoda, disertai dengan penyematan Li+ di anoda.
Anoda kawat nano silikon yang ditumbuhkan pada substrat baja tahan karat diberi suplemen litium dengan menambahkan elektrolit setetes demi setetes, kemudian langsung menghubunginya dengan foil litium. Uji setengah sel dilakukan pada anoda yang disuplementasi lithium dan menemukan bahwa: tegangan sirkuit terbuka tanpa suplemen lithium adalah 1,55V, dan debit 0,1C pertama pada Anoda yang disuplementasi lithium memiliki tegangan sirkuit terbuka 1.55 V dan kapasitas litium tertanam sebesar 3800 mAh/g pada 0,01-1,00 V untuk pelepasan 0,1 C pertama; kawat nano silikon yang dilengkapi litium memiliki tegangan sirkuit terbuka 0,25 V dan kapasitas litium tertanam sebesar 1600 mAh/g untuk pertama kalinya.
Anoda timah-karbon secara langsung dikontakkan dengan kertas litium yang diresapi elektrolit selama 180 menit, dan suplemen litium dilakukan. Suplemen litium diuji dengan setengah sel, dan kapasitas spesifik timah-karbon yang tidak dapat diubah berkurang dari 680 mAh / g menjadi 65 mAh / g setelah suplemen litium. anoda dibentuk sebagai sel penuh, dan multiplisitas 1.0C diuji pada 3,1 hingga 4,8. ICE yang diuji pada V mendekati 100%, dan siklusnya stabil serta kinerja multiplisitasnya bagus.
Meskipun pra-litium anoda dapat dicapai dengan kontak langsung dengan lithium foil, tingkat pra-litium tidak mudah dan tepat dikontrol. Lithiation yang tidak mencukupi tidak cukup meningkatkan ICE; sementara suplemen lithium yang berlebihan dapat menyebabkan pembentukan pelapisan lithium logam pada permukaan anoda.
Para peneliti et al. meningkatkan keamanan suplemen lithium melalui lithium foil, dan merancang anoda struktur tiga lapis bahan aktif/polimer/logam lithium yang dapat stabil di udara sekitar selama 30-60 menit, yang cukup untuk anoda yang akan diproses. Ketiga lapisan tersebut adalah: lapisan logam lithium yang diendapkan secara elektrokimia pada kertas tembaga, lapisan pelindung polimetilmetakrilat yang dilapisi pada lapisan lithium, dan lapisan bahan aktif.
Bubuk logam lithium yang distabilkan
Suplemen litium dengan bubuk litium diusulkan oleh FMC, yang mengembangkan SLMP dengan kapasitas spesifik hingga 3600mAh/g dan lapisan tipis litium karbonat 2% hingga 5% yang dilapisi di permukaan, yang dapat digunakan di lingkungan kering. Ada dua cara utama untuk menerapkan SLMP pada pra-litiumisasi anoda: menambahkannya selama proses pembuatan pulp, atau menambahkannya langsung ke permukaan lembaran anoda.
Bubur anoda konvensional menggunakan sistem PVDF/NMP atau SBR+CMC/air deionisasi, tetapi SLMP tidak kompatibel dengan pelarut polar dan hanya dapat didispersikan dalam heksana, toluena, dan pelarut non polar lainnya, sehingga tidak dapat ditambahkan secara langsung dalam proses bubur konvensional. Dengan sistem SBR-PVDF / toluena, SLMP dapat langsung dicampur dalam bubur elektroda grafit. Setelah pra-litrasi anoda dengan SLMP, ICE sel meningkat dari 90.6% menjadi 96.2% pada 0.01 hingga 1.00V dan 0.05C.
Lebih sederhana dan lebih mudah untuk memasukkan SLMP secara langsung ke permukaan anoda yang telah dikeringkan daripada menambahkannya selama proses pembuatan pulp. SLMP digunakan untuk pra-litrasi anoda tabung nano silika-karbon dengan menjatuhkan larutan SLMP / toluena fraksi massa 3% ke permukaan anoda tabung nano silika-karbon, lalu menekan dan mengaktifkannya setelah pelarut toluena menguap. Setelah pra-litrasi, kapasitas ireversibel pertama anoda berkurang 20% menjadi 40%.
Bubuk silisida litium
Ukuran kecil bubuk nano litium silisida lebih menguntungkan untuk dispersi dalam anoda. Selain itu, sudah dalam keadaan bengkak dan perubahan volume selama bersepeda tidak mempengaruhi struktur seluruh elektroda. Saat ini, ada beberapa penelitian tentang aditif yang digunakan dalam cara suplemen lithium dari bubuk lithium silisida, dan hanya beberapa peneliti yang telah mempelajari kinerja suplemen lithium dan peningkatan stabilitas bubuk lithium silisida.
Sistem setengah sel diisi dan dikosongkan pada 0,01 hingga 1,00 V pada 0,05 C. ICE anoda silika meningkat dari 76% menjadi 94% dengan penambahan 15% bubuk lithium silisida; ICE mikrosfer karbon fase menengah meningkat dari 75% menjadi 99% dengan penambahan 9% bubuk lithium silisida; dan ICE anoda grafit meningkat dari 87% menjadi 99% dengan penambahan 7% bubuk lithium silisida.
Suplemen litium dengan elektrolisis larutan air garam litium berair
Apakah suplemen litium dilakukan dengan menggunakan litium foil, SLMP atau bubuk litium silisida, penggunaan logam litium tetap terlibat. Logam litium mahal, reaktif, sulit ditangani, dan membutuhkan biaya tinggi untuk penyimpanan dan transportasi untuk perlindungan. Jika proses suplemen litium tidak melibatkan logam litium, maka dapat menghemat biaya dan meningkatkan kinerja keselamatan. Silikon dapat disuplementasi litium dengan mengelektrolisis larutan berair Li2SO4 dalam sel elektrolit, dengan elektroda pengorbanan berupa kawat tembaga yang direndam dalam Li2SO4.
Teknologi suplemen litium katoda
Suplemen lithium katoda tipikal adalah sejumlah kecil bahan berkapasitas tinggi yang ditambahkan ke proses sintesis katoda, dan selama proses pengisian daya, Li+ dikeluarkan dari bahan berkapasitas tinggi untuk menambah kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan selama pengisian daya dan pengosongan pertama. Saat ini, bahan utama yang digunakan sebagai aditif suplemen litium katoda adalah: senyawa kaya litium, nanokomposit berdasarkan reaksi konversi, dan senyawa litium biner.
Senyawa kaya litium
Bahan kaya Li Li1+xNi0.5Mn1.5O4 digunakan untuk mengkompensasi kehilangan kapasitas yang tidak dapat dipulihkan dari sel penuh Si-C|LiNi0.5Mn1.5O4. Retensi kapasitas sel yang menggunakan katoda hibrida dengan 0,33C selama 100 siklus pada 3,00 hingga 4,78 V adalah 75%, sedangkan sel yang menggunakan katoda LiNi0.5Mn1.5O4 murni hanya 51%. Li2NiO2 juga dapat digunakan sebagai aditif untuk suplemen litium katoda, tetapi kurang stabil di udara. Li2NiO2 dapat dimodifikasi menggunakan aluminium isopropanolik, dan bahan Li2NiO2 yang dilapisi dengan alumina yang stabil di udara disintesis dengan hasil suplemen lithium yang sangat baik.
Nanokomposit berdasarkan reaksi konversi
Terlepas dari efektivitas senyawa kaya litium sebagai aditif suplemen litium, efek suplemen litium pertama masih dibatasi oleh kapasitas spesifik yang lebih rendah. Nanokomposit berdasarkan reaksi konversi dapat menyumbangkan sejumlah besar lithium selama pengisian pertama baterai karena adanya histeresis tegangan pengisian/pengosongan yang besar, sedangkan reaksi tertanam lithium tidak dapat terjadi selama proses pengosongan.
Dengan komposit nano-Co / litium oksida yang disintesis yang didaur ulang pada 50mA / g pada 4,1 hingga 2,5V, kapasitas spesifik muatan pertama mencapai 619mAh / g dan kapasitas spesifik pengosongan hanya 10mAh / g; setelah 8 jam terpapar udara ambien, kapasitas spesifik de-lithium hanya 51mAh / g lebih kecil dari nilai awal, dan setelah penempatan 2d, kapasitas spesifik de-lithium masih 418mAh / g, yang memiliki stabilitas lingkungan yang baik, kompatibel dengan proses produksi baterai komersial.
Lithium fluorida adalah bahan suplemen lithium katoda yang potensial karena kandungan lithium yang tinggi dan stabilitas yang baik. Nanomaterial M/LiF yang dibangun oleh reaksi konversi dapat mengatasi masalah konduktivitas LiF yang rendah dan konduktivitas ionik, potensi dekomposisi elektrokimia yang tinggi dan produk dekomposisi yang berbahaya, menjadikan lithium fluorida sebagai aditif suplemen litium katoda yang sangat baik. Kapasitas teoritis lithium sulfida mencapai 1166 mAh / g, tetapi masih banyak masalah yang harus dipecahkan ketika digunakan sebagai aditif suplemen lithium, seperti kompatibilitas dengan elektrolit, isolasi, dan stabilitas lingkungan yang buruk.
Meskipun kapasitas suplemen litium lebih tinggi daripada senyawa kaya litium, nanokomposit yang didasarkan pada reaksi konversi dapat memiliki sisa oksida logam tidak aktif, fluorida, dan sulfida setelah suplemen litium pertama, sehingga mengurangi kepadatan energi baterai. Untuk pengetahuan lebih lanjut terkait, silakan merujuk ke baterai ion fluorida artikel.
Senyawa litium biner
Kapasitas spesifik teoritis dari senyawa lithium biner jauh lebih tinggi. Li2O2, Li2O dan Li3N memiliki kapasitas spesifik teoretis masing-masing 1168 mAh/g, 1797 mAh/g dan 2309 mAh/g, dan efek suplemen litium yang serupa dapat dicapai hanya dengan penambahan kecil. Secara teoritis, residu dari bahan-bahan ini setelah suplemen lithium adalah O2, N2, dll., Yang dapat dikeluarkan selama pembentukan film SEI dalam baterai.
Li3N yang tersedia secara komersial digiling menjadi bubuk dengan ukuran partikel 1-5 μm dan digunakan sebagai tambahan litium. kapasitas spesifik muatan pertama elektroda LiCoO2 dengan 1% dan 2% Li3N yang ditambahkan pada suhu 0,1C pada 3,0-4,2V adalah 167,6 mAh/g dan 178,4 mAh/g, masing-masing, di bawah sistem setengah sel, yang meningkat dari LiCoO2 murni 18,0 mAh/g dan 28,7 mAh/g.
Li2O2 komersial dicampur dengan NCM untuk mengkompensasi kehilangan lithium selama pengisian pertama anoda grafit. NCM dalam elektroda hibrida memainkan peran ganda sebagai bahan aktif dan katalis. Untuk mengkatalisis penguraian Li2O2 secara efisien, NCM diperoleh dengan menambahkan penggilingan bola 1% selama 6 jam ke katoda. sel penuh diisi dan dikosongkan dari 2,75 hingga 4,60 V dengan kapasitas spesifik reversibel 0,3C 165,4 mAh / g, yang merupakan 20,5% lebih tinggi dari sel penuh grafit|NCM.
Pengujian menunjukkan bahwa oksigen yang dilepaskan dari penguraian Li2O2 mengkonsumsi Li+ yang terbatas di dalam sel penuh, menghasilkan degradasi kapasitas yang signifikan dari sel penuh yang ditambahkan Li2O2, tetapi kapasitas dapat dipulihkan setelah gas dikeluarkan. Pengisian daya pertama baterai dalam proses produksi aktual dilakukan dalam sistem terbuka, dan gas-gas dari pembentukan film SEI dan beberapa reaksi samping dikeluarkan sebelum penyegelan, sehingga mengurangi dampak pelepasan O2.
Ringkasan
Membandingkan dua metode suplemen litium, reagen suplemen litium (litium foil, litium bubuk dan litium bubuk silisida) yang digunakan dalam suplemen litium anoda memiliki kapasitas tinggi, tetapi pengoperasiannya rumit dan membutuhkan persyaratan lingkungan yang tinggi; dengan menambahkan aditif suplemen litium pada katoda pada suplemen litium katoda, maka suplemen litium tersebut aman dan stabil serta kompatibel dengan proses produksi baterai yang sudah ada.
Penelitian di masa depan tentang teknologi suplemen lithium anoda harus fokus pada peningkatan stabilitasnya dalam proses pembuatan baterai, mengembangkan solusi teknis yang kompatibel dengan produksi industri dan proses sederhana; suplemen lithium katoda harus fokus pada pengembangan kapasitas suplemen lithium, penggunaan sejumlah kecil, residu suplemen lithium setelah sejumlah kecil sistem Aditif.
Jika Anda ingin mengetahui informasi yang lebih relevan, Anda dapat merujuk ke 5 produsen suplemen lithium teratas di Tiongkok yang saya susun sebelumnya.