Was sind die Forschungsschwerpunkte der Hochenergietechnologie von Lithiumbatterien?

Kürzlich besuchte das Institut für hochindustrielle Produktion und Forschung des Lithium-Forschungsinstituts (GGII) mehr als 50 Unternehmen und nahm an mehreren Foren teil. Es wurde festgestellt, dass Lithiumbatterien derzeit große Durchbrüche in der Technologie mit hoher Energiedichte erzielen.

Die Entwicklungswege mit hoher Energiedichte umfassen: positive Hochspannungselektrodenmaterialien und positive und negative Elektrodenmaterialien mit Gao Ke-Kapazität. Das positive Hochspannungselektrodenmaterial bezieht sich normalerweise auf ein positives Elektrodenmaterial mit einer Batteriespannung von mehr als 4,2 V. Lithiumkobaltsäure, Lithiummangansäure und ternäre haben Hochspannungsmaterialien.

Unter diesen ist die Vermarktung von Lithium-Hochspannung sehr ausgereift und wird häufig in digitalen High-End-Produkten verwendet. Seine Energiedichte ist höher als die von gewöhnlichen ternären Batterien. Gegenwärtig beträgt die Spannung der Lithium-Hochvoltbatterie normalerweise 4,35 V, und in den nächsten 3 bis 5 Jahren können 4,4 V- und 4,5 V-Hochspannungsbatterien in großem Maßstab angelegt werden.

Es gibt nur wenige Anwendungen von positiven Hochspannungselektrodenmaterialien und sie befinden sich im Wesentlichen in der Forschungsphase. Das ternäre positive Hochspannungselektrodenmaterial könnte jedoch der Durchbruch sein, um in Zukunft eine Energiedichte von 300 Wh / kg zu erreichen.

Gegenwärtig hat die Kapazität des ternären NCM811-Materials 180 mAh / g überschritten, und die Kapazität des Materials kann durch Einkapseln oder Mischen erreicht werden. Gleichzeitig wird die Kapazität des Materials weiter erhöht (Hochspannungsmaterial entspricht der Aktivierung des inaktiven Lithiums bei niedriger Spannung. Eingeschränkter Materialeinsatz). Es gibt jedoch immer noch viele technische Probleme bei der Hochspannung von ternären Materialien, und die Stabilität des Materials selbst wurde noch nicht gelöst.

Das Lithium-Manganat-Kathodenmaterial hat ein Ladungspotential von bis zu 4,7 V und eine sehr stabile Gitterstruktur.

Gegenwärtig beträgt die Energiedichte von Lithium-Mangan-Säure-Batterien 150 Wh / kg, was höher ist als die Energiedichte von lithium-eisenphosphat-batterien. Lithiummanganatkristalle haben eine stabile Struktur und eine gute thermische Stabilität. Die Sicherheit der Lithium-Manganat-Batterie ist sehr hoch. Lithium-Titanat-Systembatterien bieten hervorragende Anwendungsaussichten im Bereich der Schnellladung.

lithiumeisenphosphat ist aufgrund seiner Kapazität der Theorie nahe, und es ist schwierig, mehr Lithium durch Hochspannung zu aktivieren, und der Effekt ist sehr begrenzt. Ferromanganphosphat (Vanadium) lithium und Lithiumeisensilikat haben jedoch eine höhere Energiedichte und sind beliebte Forschungsgebiete für viele Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Lithiumeisensilikatmoleküle enthalten zwei Lithiumionen und ihre theoretische Grammkapazität beträgt bis zu 332 mAh / g.

Das positive Material der Hochspannung erfordert Hochspannungselektrolyte, um zusammenzuarbeiten, damit das gesamte Batteriesystem gut funktioniert. Um den Elektrolyten in der Hochspannungsumgebung stabil laufen zu lassen, ist es notwendig, die Oxidationsbeständigkeit des Lösungsmittels zu verbessern und den direkten Kontakt zwischen der positiven Elektrode und dem Elektrolyten zu blockieren. Die Verfahren zur Verbesserung der antioxidativen Eigenschaften von Elektrolyten umfassen fluorierte Lösungsmittel. Der Preis für fluorierte Lösungsmittel ist zu hoch und es ist schwierig, großtechnische Anwendungen zu erreichen.

Andere neue antioxidative Lösungsmittel wie ionische Flüssigkeiten weisen eine gute Ionenleitfähigkeit und antioxidative Eigenschaften auf. Sie sind ausgezeichnete Lösungsmittel für Lithiumbatterien, aber sie sind derzeit teuer und in großem Maßstab schwer zu fördern. Die Verfahren zum Blockieren des direkten Kontakts zwischen Elektrolyten und Elektrolyten umfassen eine positive polare Materialbeschichtung und positive polare filmbildende Additive. Es gibt viele Studien zur Beschichtung und zu Additiven positiver Materialien, und der Effekt ist sehr offensichtlich. Es ist ein wichtiges Mittel, um die antioxidativen Eigenschaften in Zukunft zu verbessern.

Die groß angelegte Entwicklung und Anwendung ternärer Materialien erfolgt relativ spät, und es gibt noch viel Raum für Verbesserungen der Energiedichte. Gegenwärtig konnten die gängigen Materialhersteller ein Niveau von 180 mAh / g erreichen, während die theoretische Kapazität von ternären Materialien mit hohem Nickelgehalt 270 mAh / g erreichen kann und es noch großen Verbesserungsbedarf gibt. Gegenwärtig weisen ternäre Materialien mit hoher Kapazität die Eigenschaften einer Wasserempfindlichkeit, einer erstmals geringen Effizienz und einer schlechten Zirkulation auf. Lithiumreiche positive Pole sind im Verlauf der Prozesstechnologie auch in vielen Forschungseinrichtungen und Unternehmen ein Brennpunkt, und diese Probleme können möglicherweise gelöst werden.

Andererseits können negative Siliziumelektrodenmaterialien die negative Grammkapazität stark erhöhen. Das negative Elektrodenmaterial wurde von Graphit dominiert, und die Graphitelegativelektrodentechnologie ist sehr ausgereift. Die tatsächliche Kapazität liegt bereits sehr nahe an der theoretischen Kapazität. Um die negative Grammkapazität zu erhöhen, müssen andere Materialien verwendet werden.

Die negative Metallelektrode wie Siliziumzinn ist eine sehr geeignete Wahl. Das früheste japanische Sony verwendete Zinnverbund-Negativpole, um die Batterieenergiedichte zu erhöhen, und hat bereits 1.8650 Produkte mit hoher Kapazität auf den Markt gebracht. In den letzten Jahren wurde der negativen Siliziumverbundelektrode Aufmerksamkeit geschenkt, unter denen die negative Siliziumkohlenstoffverbundelektrode und die negative Silizium-Graphitoxid-Verbundelektroden-Technologie relativ ausgereift sind und japanische und koreanische Unternehmen auf Produkte mit hoher Kapazität angewendet wurden.

Gegenwärtig haben in heimischen Materialfabriken und elektrischen Kernwerken nach und nach negative Produkte mit extrem hoher Kapazität der Silicon-Serie eingeführt. Die theoretische Grammkapazität von Silizium beträgt 4200 mAh / g, aber der volumetrische Expansionseffekt ist sehr groß, so dass er hauptsächlich mit Graphit kombiniert wird, um die Auswirkungen der Expansion zu verringern. Die negative Elektrode aus metallischem Lithium hat eine höhere Kapazität als die negative Elektrode aus Silizium, aber ihr Dendritenproblem wurde nicht gelöst und das Sicherheitsrisiko ist hoch. Das Metalllithium reagiert leicht mit dem Elektrolyten und verkürzt dessen Lebensdauer. Gegenwärtig sind Metall-Lithium-Negativelektrodenbatterien im großen Maßstab noch schwer zu vermarkten.

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