Lithium-Kobaltoxid (LCO) -Batterie - LiCoO2-Hersteller

1) Übersicht über Lithium-Kobaltoxid-Batterien

Kobaltsäure-Lithiumbatterien haben eine Plattform mit hoher Entladung, eine hohe spezifische Kapazität, eine stabile Produktleistung und eine gute Zyklusleistung, aber ihre Sicherheitsleistung ist schlecht. Die Kosten sind sehr hoch. Sie werden hauptsächlich für Batterien mittleren und kleinen Typs verwendet, die in Mobiltelefonen, tragbaren Computern, Kameras, Kameras, Elektroautos, Solarenergiespeichern, USV-Stromversorgungen, medizinischen Geräten, im Weltraum und anderen Bereichen weit verbreitet sind . Die Nennspannung beträgt 3,7V.

Lithiumkobaltoxid, LiCoO2 (LCO), ist eine anorganische Verbindung, die üblicherweise als Anodenmaterial für Lithiumionenbatterien verwendet wird.

LiCoO2 verwendet im Wesentlichen ein Flüssigphasensyntheseverfahren von Lithiumionen-Sekundärbatteriekathodenmaterial mit Schichtstruktur in der gegenwärtigen kommerziellen Lithiumionenbatterie (Kobaltsäurelithium). Als Lösungsmittel wird eine wässrige Lösung aus Polyvinylalkohol (PVA) oder Polyethylenglykol (PEG) verwendet. Lithium- und Kobaltsalz lösen sich in PVA- oder PEG-Lösung, mischen die Lösung nach dem Erhitzen und konzentrieren sich dann zur Gelbildung. Nach dem Erhitzen und Zersetzen die Gelbildung bei hoher Temperatur kalzinieren, sintern, mahlen und sieben, dann erhalten Sie das Kobaltsäurelithiumpulver.

1.Wie funktioniert die Lithium-Kobaltoxid-Batterie?

Lithium-Kobaltoxid-Batterien beruhen hauptsächlich auf der Interkalation und Disinterkalation von Lithiumionen zwischen Anode und Kathode, um die Speicherung und Freisetzung von Energie zu realisieren.

Während des Ladens werden am externen elektrischen Feld Lithiumelemente in den LiCoO2-Molekülen des Anodenmaterials zu Lithiumionen mit positiver Ladung, die sich von der Anode zur Kathode bewegen. Nach chemischer Reaktion mit den Kohlenstoffatomen der Kathode entsteht LiC6, das stabil in die Schichtgraphitkathode eingebettet ist.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Beim Entladen hingegen bricht Li + in den internen elektrischen Feldwindungen von der Kathode ab, geht in Richtung des elektrischen Feldes, kehrt zur Anode zurück und wird dann zu LiCoO2. Dieser Vorgang wird als "Schaukelstuhlbatterie" bezeichnet. Je mehr Lithiumionen an Ein- und Ausbettungsaktivitäten beteiligt sind, desto mehr Energie kann die Batterie speichern.

Wie Lithium-Kobaltoxid-Batterie funktioniert

2.Lithiumkobaltoxid-Batteriereaktionen

Was passiert, wenn Sie es aufladen,

Anode: LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi ++ xe-

Kathode: 6C + xLi ++ xe- = LixC6

Was passiert beim Entladen?

Anode: Li1-xCoO2 + xLi ＋+ xe－ = LiCoO2

Kathode: LixC6 = 6C + xLi ++ xe-

3. Lithium-Kobaltoxid-Batterie-Elektrolyt

Zusammensetzung des Lithium-Kobaltoxid-Batterieelektrolyten

Lösungsmittel: cyclisches Carbonat (PC, EC); Kettencarbonate (DEC, DMC, EMC); Carbonsäureester (MF, MA, EA, MA, MP usw.); (zum Auflösen von Lithiumsalzen) ；

Lithiumsalze: LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6 usw.

Additive: filmbildende Additive, leitfähige Additive, flammhemmende Additive, Überladungsschutzadditive, Additive zur Kontrolle von H2O und HF im Elektrolyten, Additive zur Verbesserung der Niedertemperaturleistung, multifunktionale Additive.

Anforderungen an den Lithium-Kobaltoxid-Batterieelektrolyten

Eine hohe Ionenleitfähigkeit beträgt im Allgemeinen 1 × 10 –3 ~ 2 × 10 –2 S / cm;

Hohe thermische und chemische Stabilität: keine Trennung in einem weiten Spannungsbereich;

Ein breites elektrochemisches Fenster hält die elektrochemischen Eigenschaften in einem weiten Spannungsbereich stabil.

Gute Kompatibilität mit anderen Teilen der Batterie, wie Elektrodenmaterial, Elektrodenkollektor und Separator;

Es ist sicher, ungiftig und umweltfreundlich.

2) Vor- und Nachteile von Lithium-Kobaltoxid-Batterien

Unter allen Anodenmaterialien von Lithiumbatterien weist LCO die größte Abgriffdichte (2,8 g / cm3) und Verdichtungsdichte (4,3 g / cm3) auf, was Vorteile bei der Anwendung von Batteriefeldern mit strengen Anforderungen an das Batterievolumen bietet. Darüber hinaus weist LCO eine bessere Zyklenleistung, Niedrigtemperaturleistung und Geschwindigkeitsfähigkeit auf als vorhandene ternäre Materialien. Bisher ist es immer noch das Nicht-Kobalt-Material, das in einigen 3C-Batterien, Niedertemperatur- und Hochgeschwindigkeitsbatterien als Anodenmaterial verwendet wird.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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LCO hat auch seine eigenen Mängel, von denen die erste die Ressource ist. Die gesamten Kobaltressourcen der Welt überschreiten 7,1 Millionen Tonnen (USGS / 2016) bei einer Jahresproduktion von nicht mehr als 120.000 Tonnen und einem Reserven / Produktionsverhältnis von 57 Jahren nicht. In den frühen Tagen des 3C-Lithium-Ions mag es eine glänzende Zukunft geben, aber der Anstieg von Leistung und Speicher bedeutet, dass Kobalt bald zurückbleiben wird.

Das zweite Problem ist die Sicherheit. Die Sicherheitsleistung von LCO-Batterien mit großer Kapazität ist nicht optimistisch, insbesondere bei Vollladungsextrusion, Überhitzung oder Überladung. LCO-Batterien neigen unter diesen Umständen zur Explosion. Selbst wenn ein hochsicheres Lithiumtitanat als negative Elektrode der Kobalttitanbatterie verwendet wird, explodiert LCO heftig, wenn es überladen und zusammengedrückt wird.

Vorteil der Verwendung von Lithiumkobaltoxid als Anodenmaterial

1. Lithium-Kobaltoxid-Batterie hat aufgrund von Lithium-Kobaltoxid eine stabile Zellstruktur.

2. Lithiumkobaltoxid hat eine höhere Kapazität als andere Anodenmaterialien.

3. Die umfassenden Eigenschaften von Lithiumkobaltoxid sind besser als bei anderen Anodenmaterialien.

4. Die Verarbeitung von Lithiumkobaltoxid ist bequemer.

5. Die Konsistenz von Lithiumkobaltoxid ist nach der Verarbeitung gut.

6. Die Entladungsrate von Lithiumkobaltoxid ist hoch.

7. Lithiumkobaltoxid hat eine hohe Leistung.

8. Lithium-Kobaltoxid-Batterie hat gute Marktaussichten.

Nachteile der Verwendung von Lithiumkobaltoxid als Anodenmaterialien

1. Kobalterz ist knapp und die heimische Lagerung von hochwertigem Kobalterz ist begrenzt.

2. Der Preis für Kobalterz ist hoch. Bis Mitte 2018 hat der Preis für Kobalterz 700.000 Yuan / Tonne erreicht.

3. Es hat kleine Zykluszeiten. Gegenwärtig kann der Zyklus von Lithiumkobaltoxid nur das 500-fache erreichen, aber verglichen mit dem von Lithiumtitanat, das das 20.000fache erreichen kann, hat Lithiumkobaltoxid niedrigere Anlaufzeiten als Anodenmaterialien.

4. Es ist nicht umweltfreundlich. Derzeit gehört Kobalt zum Schwermetall, das eine gewisse korrosive Wirkung auf den Boden hat

5. Die Sicherheitsleistung von Lithiumkobaltoxid ist schlecht.

3) Eigenschaften von Lithium-Kobaltoxid-Anodenmaterial

Lithiumkobaltoxid hat eine gute Leistung in Bezug auf hohe spezifische Energie, ist jedoch nicht so gut in Bezug auf Leistungseigenschaften, Sicherheit und Lebensdauer.

Mikroelementgehalt in Lithium-Cobaltat-Anodenmaterial

4) Anwendung einer Lithium-Kobaltoxid-Batterie

Lithiumcobaltat ist die erste Generation kommerzieller Anodenmaterialien. In Jahrzehnten der Entwicklung kann es als das ausgereifteste Anodenmaterial einer Lithium-Ionen-Batterie angesehen werden.

Lithiumkobaltoxid ist immer noch die beste Wahl für kleine Lithiumbatterien. Gegenwärtig verwenden die meisten von 3C-Produkten immer noch Lithiumcobaltat anstelle von ternären Materialien mit höherer spezifischer Kapazität, da die Verdichtungsdichte von Lithiumcobaltat höher ist als die von ternären Materialien, dh, dass mehr Lithiumcobaltat in der Einheit enthalten sein kann Volumen. Lithiumkobaltoxid spielt eine wichtige Rolle bei kleinen Batterien, die sich auf die Volumendichte konzentrieren.

Mit der technologischen Entwicklung und dem sich wandelnden Markt steigt auch der Bedarf an Lithium-Cobaltat-Batterien langsam an. Es wurde in elektronischen Geräten wie Tablets und Mobiltelefonen verwendet und in den letzten Jahren auch auf andere Bereiche ausgeweitet. Aufgrund ihrer guten Stabilität und Konsistenz, hohen Energiedichte und anderen Vorteile wurde die Lithium-Kobaltoxid-Batterie schrittweise auf medizinische Geräte, Instrumente, Notfallsicherungen, spezielle Kommunikationsgeräte usw. angewendet.

5) Vergleich der Anodenmaterialeigenschaften der Lithiumbatterie

Anodenmaterial ist eines der Schlüsselmaterialien, die die Leistung von Lithiumionenbatterien bestimmen, und es ist auch die Hauptquelle für Lithiumionen in den gegenwärtigen kommerziellen Lithiumionenbatterien. Seine Leistung und sein Preis haben einen großen Einfluss auf lithium-ionen-batterien. Gegenwärtig wurden die Anodenmaterialien entwickelt und angewendet, hauptsächlich einschließlich Lithiumkobaltoxid (LCO), Lithiummanganoxid (LMO), ternären Materialien wie Lithiumnickelkobaltmanganoxid (NCM), Lithiumnickelkobaltaluminat (NCA), Lithium Eisenphosphat (LFP) und Lithiumtitanat (LTO).

Leistungsvergleich mehrerer kommerzieller Anodenmaterialien

Das folgende Diagramm vergleicht die spezifischen Energien von Blei-, Nickel- und Lithiumsystemen. Obwohl Lithiumaluminium (NCA) durch die Speicherung von mehr Kapazität als andere Systeme der Gewinner ist, ist es nur in bestimmten Szenarien für den Stromverbrauch geeignet. Lithiummanganat (LMO) und Lithiumphosphat (LFP) sind hinsichtlich spezifischer Leistung und thermischer Stabilität überlegen. Lithiumtitanat (LTO) hat zwar eine geringere Kapazität, aber die längste Lebensdauer als andere Batterien und die beste Leistung bei niedrigen Temperaturen.

Typische spezifische Energie von Blei-, Nickel- und Lithiumbatterien

NCA hat die höchste spezifische Energie; Lithiummanganat und Lithiumeisenphosphat sind jedoch hinsichtlich Leistung und thermischer Stabilität überlegen. Lithiumtitanat hat die beste Lebensdauer.