Grüne, hocheffiziente und wirtschaftliche Methode für das Recycling von LCO und ternären LIBs veröffentlicht

| Jerry Huang

Grüne, hocheffiziente und wirtschaftliche Methode für das Recycling von LCO und ternären LIBs veröffentlicht

Anmerkung des Herausgebers: Lithium-Ionen-Batterien werden mittlerweile häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, Elektrofahrzeugen und Energiespeichern im Netzmaßstab verwendet. Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wächst weiterhin deutlich. Es wird geschätzt, dass bis 2030 die weltweite Menge an verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien 11 Millionen Tonnen übersteigen wird, was zu einer enormen Verschmutzungsquelle werden wird, die die Umwelt und die öffentliche Gesundheit ernsthaft gefährden könnte. Gleichzeitig führt die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu einer wachsenden Nachfrage nach Lithium und Kobalt. Andererseits beträgt der Lithium- und Kobaltgehalt in LIB-Kathoden bis zu 15 bzw. 7 Gew.-% und ist damit viel höher als in Erzen und Solen. Daher ist die Rückgewinnung von Metallelementen in verbrauchten LIB-Kathoden von großer ökologischer, sozialer und wirtschaftlicher Bedeutung. Derzeit gliedert sich die Rückgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich in drei Schritte: Vorbehandlung, Metallextraktion und Metalltrennung. Bei der Erforschung und Entwicklung des Metallextraktionsschritts des Recyclingprozesses ist der hydrometallurgische Prozess aufgrund seiner hohen Metallauslaugungsrate und der zufriedenstellenden Reinheit der gewonnenen Produkte eine der praktikabelsten Optionen. Allerdings ist das Verfahren weder besonders umweltfreundlich noch sehr wirtschaftlich, da der Einsatz anorganischer Säuren gefährliche Nebenprodukte mit sich bringt; während organische Säuren zusätzliche Reduktionsmittel oder längere Reaktionszeiten und höhere Temperaturen für die Metallrückgewinnung erfordern.

Forscher des Zhong Lin Wang-Teams stellen uns eine mögliche Methode vor, die umweltfreundlich, hocheffizient und wirtschaftlich für das Recycling von LIBs ist, einschließlich Lithium-Kobaltoxid-Batterien (LCO) und ternären Lithiumbatterien.

Abstrakt

Mit dem globalen Trend zur CO2-Neutralität steigt die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) kontinuierlich. Die derzeitigen Recyclingmethoden für verbrauchte LIBs müssen jedoch im Hinblick auf Umweltfreundlichkeit, Kosten und Effizienz dringend verbessert werden. Hier schlagen wir eine mechanokatalytische Methode vor, die als Kontaktelektrokatalyse bezeichnet wird und bei der durch Kontaktelektrisierung erzeugte Radikale genutzt werden, um die Metallauslaugung unter der Ultraschallwelle zu fördern. Wir nutzen dabei auch SiO2 als recycelbaren Katalysator. Bei Lithium-Kobalt(III)-Oxid-Batterien erreichte die Auslaugungseffizienz bei 90 °C innerhalb von 6 Stunden 100 % für Lithium und 92,19 % für Kobalt. Bei ternären Lithiumbatterien erreichten die Auslaugungseffizienzen von Lithium, Nickel, Mangan und Kobalt innerhalb von 6 Stunden 94,56 %, 96,62 %, 96,54 % bzw. 98,39 % bei 70 °C. Wir gehen davon aus, dass diese Methode einen umweltfreundlichen, hocheffizienten und wirtschaftlichen Ansatz für das LIB-Recycling bieten und so der exponentiell wachsenden Nachfrage nach LIB-Produktionen gerecht werden kann.

Referenz

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01348-y

Eine effiziente, umweltfreundliche und wirtschaftliche Methode zum Recycling von LFP-Batterien

| Jerry Huang

Eine effiziente, umweltfreundliche und wirtschaftliche Methode zum Recycling von LFP-Batterien

Anmerkung des Herausgebers: Lithium-Ionen-Batterien werden mittlerweile häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten, Elektrofahrzeugen und Energiespeichern im Netzmaßstab verwendet. Die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wächst weiterhin deutlich. Es wird geschätzt, dass bis 2030 die weltweite Menge an verbrauchten Lithium-Ionen-Batterien 11 Millionen Tonnen übersteigen wird, was zu einer enormen Verschmutzungsquelle werden wird, die die Umwelt und die öffentliche Gesundheit ernsthaft gefährden könnte. Gleichzeitig führt die wachsende Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien zu einer wachsenden Nachfrage nach Lithium und Kobalt. Andererseits beträgt der Lithium- und Kobaltgehalt in LIB-Kathoden bis zu 15 bzw. 7 Gew.-% und ist damit viel höher als in Erzen und Solen. Daher ist die Rückgewinnung von Metallelementen in verbrauchten LIB-Kathoden von großer ökologischer, sozialer und wirtschaftlicher Bedeutung. Derzeit gliedert sich die Rückgewinnung von Lithium-Ionen-Batterien hauptsächlich in drei Schritte: Vorbehandlung, Metallextraktion und Metalltrennung. Bei der Erforschung und Entwicklung des Metallextraktionsschritts des Recyclingprozesses ist der hydrometallurgische Prozess aufgrund seiner hohen Metallauslaugungsrate und der zufriedenstellenden Reinheit der gewonnenen Produkte eine der praktikabelsten Optionen. Allerdings ist das Verfahren weder besonders umweltfreundlich noch sehr wirtschaftlich, da der Einsatz anorganischer Säuren gefährliche Nebenprodukte mit sich bringt; während organische Säuren zusätzliche Reduktionsmittel oder längere Reaktionszeiten und höhere Temperaturen für die Metallrückgewinnung erfordern.

Forscher des Zhong Lin Wang-Teams stellen uns eine mögliche Methode vor, die umweltfreundlich, hocheffizient und wirtschaftlich für das Recycling von LIBs, insbesondere LFP-Batterien, ist.

Abstrakt

Das Recycling von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFPs), die mehr als 32 % des weltweiten Marktanteils von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ausmachen, hat aufgrund der wertvollen Elementressourcen und Umweltbedenken große Aufmerksamkeit erregt. Moderne Recyclingtechnologien, die in der Regel auf elektrochemischen oder chemischen Auslaugungsmethoden basieren, weisen jedoch kritische Probleme wie langwierige Verfahren, enormen Chemikalien-/Stromverbrauch und Sekundärverschmutzung auf. Hier berichten wir über ein innovatives, autarkes System, das aus einem elektrochemischen LIB-Recyclingreaktor und einem triboelektrischen Nanogenerator (TENG) zum Recycling verbrauchter LFP besteht. Im elektrochemischen LIB-Recyclingreaktor wird das elektrochemisch in NaCl-Lösung erzeugte Cl-/ClO-Paar als Redoxmediator verwendet, um LFP über die Redox-Targeting-Reaktion ohne zusätzliche Chemikalien in FePO4 und Li+ aufzuspalten. Darüber hinaus soll ein TENG, das ausrangierte Komponenten von LIBs verwendet, darunter Gehäuse, Aluminium-Kunststoff-Folien und Stromabnehmer, Sekundärschadstoffe drastisch minimieren. Darüber hinaus nutzt der TENG Windenergie und liefert eine Leistung von 0,21 W für den Betrieb des elektrochemischen Recyclingsystems und das Laden von Batterien. Daher weist das vorgeschlagene System zum Recycling verbrauchter LFP eine hohe Reinheit (Li2CO3, 99,70 % und FePO4, 99,75 %), autarke Funktionen, ein vereinfachtes Behandlungsverfahren und einen hohen Gewinn auf, was die Nachhaltigkeit von LIB-Technologien fördern kann.

Referenz

http://dx.doi.org/10.1039/D3EE01156A

50C-Schnelllade-Li-Ion-Batterien mit einer Graphitanode

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50C-Schnelllade-Li-Ion-Batterien mit einer Graphitanode

Abstrakt

Lithium-Ionen-Batterien haben mit hohen Energiedichten Einzug in den Markt für Elektrofahrzeuge gehalten, leiden jedoch immer noch unter einer langsamen Kinetik, die durch die Graphitanode begrenzt ist. Hier werden Elektrolyte entwickelt, die ein extrem schnelles Laden (XFC) einer Graphitanode in Mikrogröße ohne Li-Beschichtung ermöglichen. Umfassende Charakterisierung und Simulationen zur Diffusion von Li+ im Volumenelektrolyten, zum Ladungstransferprozess und zur Festelektrolyt-Interphase (SEI) zeigen, dass eine hohe Ionenleitfähigkeit, eine niedrige Desolvatationsenergie von Li+ und eine schützende SEI für XFC unerlässlich sind. Basierend auf dem Kriterium werden zwei Schnellladeelektrolyte ausgelegt: Niedervolt 1,8 m LiFSI in 1,3-Dioxolan (für LiFePO4||Graphitzellen) und Hochvolt 1,0 m LiPF6 in einer Mischung aus 4-Fluorethylencarbonat und Acetonitril (7:3 Vol.) (für LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||Graphitzellen). Mit dem erstgenannten Elektrolyt erreicht die Graphitelektrode 180 mAh g−1 bei 50 °C (1C = 370 mAh g−1), was zehnmal höher ist als bei einem herkömmlichen Elektrolyten. Letzterer Elektrolyt ermöglicht LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||Graphitzellen (2 mAh cm−2, N/P-Verhältnis = 1) eine rekordverdächtige reversible Kapazität von 170 mAh g−1 bei 4C Ladung und 0.3C Entladung bereitzustellen . Diese Arbeit enthüllt die Schlüsselmechanismen für XFC und stellt instruktive Designprinzipien für Elektrolyte für praktische Schnelllade-LIBs mit Graphitanoden bereit.

Verweise

  1. https://doi.org/10.1002/adma.202206020

Hochspannungs-Lithium-Ionen-Akku mit hoher Energiedichte soll billig und metallfrei sein

| Jerry Huang

Hochspannungs-Lithium-Ionen-Akku mit hoher Energiedichte soll billig und metallfrei sein

Anmerkung des Herausgebers: Forscher berichten über eine bahnbrechende Hochspannungs-Elektrochemie mit hoher Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien, die wirtschaftlich und metallfrei (umweltfreundlich) ist. Diese organische Lithium-Ionen-Batterie der 4-V-Klasse zeichnet sich durch eine hohe theoretische Kapazität und eine hohe Spannung aus, während ihre praktischen Kathodenmaterialien und Elektrolyte noch unerforscht sind.

Sind redoxaktive organische kleine Moleküle für Lithium-Ionen-Batteriekathoden mit hoher Spannung (>4 V) geeignet?

Von: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Erstveröffentlichung: 10. März 2022 auf Advanced Science

4 Organische Lithium-Ionen-Batterien der V-Klasse

Während organische Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen theoretischen Kapazitäten große Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben, bleiben organische Hochvolt-Kathodenmaterialien unerforscht. In Artikel Nr. 2200187 berichten Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma und Mitarbeiter über die Elektrochemie von Croconsäure bei Hochspannung. Theoretische und experimentelle Untersuchungen bestätigen, dass die beiden Enolate in Croconsäure etwa 4 V Redox aufweisen, was zur Energiespeicherung genutzt werden kann.

Abstrakt

Während organische Batterien aufgrund ihrer hohen theoretischen Kapazitäten große Aufmerksamkeit auf sich gezogen haben, bleiben organische Hochvolt-Aktivmaterialien (> 4 V vs. Li/Li+) unerforscht. Hier werden Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie mit zyklischen Voltammetriemessungen kombiniert, um die Elektrochemie von Croconsäure (CA) für die Verwendung als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien sowohl in Dimethylsulfoxid- als auch in γ-Butyrolacton (GBL)-Elektrolyten zu untersuchen. DFT-Rechnungen zeigen, dass CA-Dilitiumsalz (CA-Li2) zwei Enolatgruppen aufweist, die Redoxreaktionen über 4,0 V eingehen, und eine theoretische Energiedichte auf Materialebene von 1949 Wh kg–1 für die Speicherung von vier Lithiumionen in GBL – was den Wert von beiden übersteigt herkömmliche anorganische und bekannte organische Kathodenmaterialien. Cyclovoltammetrische Messungen zeigen eine hochgradig reversible Redoxreaktion der Enolatgruppe bei ≈4 V in beiden Elektrolyten. Batterieleistungstests von CA als Lithium-Ionen-Batteriekathode in GBL zeigen zwei Entladespannungsplateaus bei 3,9 und 3,1 V und eine Entladekapazität von 102,2 mAh g–1 ohne Kapazitätsverlust nach fünf Zyklen. Mit den höheren Entladungsspannungen im Vergleich zu den bekannten, hochmodernen organischen kleinen Molekülen verspricht CA, ein erstklassiger Kathodenmaterialkandidat für zukünftige organische Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte zu sein.

Verweise:

  1. https://doi.org/10.1002/advs.202200187

Eine bahnbrechende Technologie von Niedertemperatur-LFP enthüllt

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Eine bahnbrechende Technologie von Niedertemperatur-LFP enthüllt

Am 15. April gab ein Forschungs- und Entwicklungsteam von Changzhou Liyuan New Energy Co in Nanjing bekannt, dass das Unternehmen einen technologischen Durchbruch beim LFP-Kathodenmaterial erzielt habe, der die Leistung von LFP sowie die Laderate bei niedrigen Temperaturen erheblich verbessert habe.

Ein EV, das mit einer herkömmlichen LFP-Batterie betrieben wird, hat seinen eigenen offensichtlichen Nachteil der Reichweitenangst, das heißt, seine Reichweite beträgt bei niedrigen Temperaturen wie -20 ° C oft etwa 50 % der angegebenen NEFZ / WLTP / EPA-Reichweite.

Das neue LFP-Material „LFP-1“ soll angeblich von mehr als 20 F&E-Experten des Shenzhen Research Center nach mehr als 2.000 wiederholten Experimenten in acht Jahren entwickelt worden sein, und das F&E-Team hat damit 5 Patente erhalten.

Die bahnbrechenden Leistungen von „LFP-1“ sollen durch die Einrichtung von Hochgeschwindigkeits-Lithiumionen-Transportkanälen innerhalb des Kathodenmaterials zusammen mit modernster „Energiesphären“-Technologie erreicht werden; und die Materialeigenschaften:

  • Erhöhung der Entladekapazität von LFP-Batterien von 55 % auf 85 % bei -20 °C und von nahezu null auf 57 % bei -40 °C.

  • Erreicht eine Reichweite von 500 Kilometern in nur 15 Minuten 4C-Schnellladung. Im Vergleich dazu benötigt ein Elektrofahrzeug, das mit einer herkömmlichen LFP-Batterie betrieben wird, normalerweise 40 Minuten Schnellladung, um eine Reichweite von etwa 550 Kilometern zu erreichen.

Wird Natrium die nächste Lösung sein?

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Im Jahr 2020 spekulierten die Marktbeteiligten von Elektrofahrzeugen aufgeregt darüber, dass die Kostensenkung von Lithiumbatterien zu einem schnellen Wachstum der Verkäufe von Elektrofahrzeugen weltweit führen würde, und das tat es auch.

Wenn es um das erste Quartal 2022 geht, sind die meisten von uns einfach nicht bereit, sich dem „March Madness“ zu stellen, sagte Herr Jow Lowry von Global Lithium LLC, über einen dramatischen Preisanstieg von Lithiumcarbonat und Lithiumhydroxid im Februar und Anfang Februar Marsch. Er ist jedoch der Meinung, dass hohe Lithiumpreise nicht zu einer Zerstörung der Nachfrage auf dem EV-Markt führen werden. „Wir haben hohe Lithiumpreise wegen des Mangels an Investitionen, der das Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage geschaffen hat. Ich glaube nicht, dass dies die Nachfrage zerstören wird. Ich glaube, es ist, genauer gesagt, es wird die Nachfrage weiterleiten. Die EV-Revolution wird in diesem Jahrzehnt durch den Mangel an Lithiumversorgung begrenzt. Das steht jetzt außer Frage“, sagt Mr. Jow Lowry.

Trotz der rekordhohen Lithiumpreise erlebten auch viele andere Batteriematerialien wie Nickel, Kobalt und Aluminium im ersten Quartal dieses Jahres eine historische Preiserhöhungswelle, die zu einem anhaltenden Anstieg der Batteriekosten und der Ankündigung von mehr als 20 OEMs für ihre Elektrofahrzeuge führte Preiserhöhung im März 2022.

Wohin also steuert die Lithium-Batterie? Einige Experten sagen, dass Lithiumbatterien für mittlere und hochwertige Elektrofahrzeuge, Unterhaltungselektronik, elektrische Seefahrzeuge und Luftfahrzeuge usw. verwendet werden.

Was ist mit dem Einstiegsniveau von Elektrofahrzeugen und Energiespeichern? Werden Natriumbatterien eine andere Wahl für sie sein? Es gibt auf der Erde reichlich Natrium und andere Ressourcen für Natriumbatterien, die als wirtschaftlich und umweltfreundlich gelten. Gibt es andere hochskalierbare Batterielösungen? Warten wir ab, welche Forschungsdurchbrüche als nächstes kommen werden.

Zellchemie-Rennen: Lithium-gegen-Natrium-Systeme

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Die Forschung zu Lithium-Schwefel- (Li/S 8 ) und Lithium-Sauerstoff- (Li/O 2 )-Batterien bei Raumtemperatur hat in den letzten zehn Jahren deutlich zugenommen. Der Wettlauf um die Entwicklung solcher Zellsysteme wird vor allem durch die sehr hohe theoretische Energiedichte und den Überfluss an Schwefel und Sauerstoff motiviert. Die Zellchemie ist jedoch komplex, und Fortschritte in Richtung praktischer Geräteentwicklung bleiben durch einige grundlegende Schlüsselfragen behindert, die derzeit mit zahlreichen Ansätzen angegangen werden.

Über die analogen natriumbasierten Batteriesysteme ist überraschenderweise nicht viel bekannt, obwohl die bereits kommerzialisierten Hochtemperatur-Na/S 8 - und Na/NiCl 2 -Batterien nahelegen, dass ein Akku auf Natriumbasis großtechnisch machbar ist. Darüber hinaus ist die natürliche Fülle von Natrium ein attraktiver Vorteil für die Entwicklung von Batterien auf Basis kostengünstiger Komponenten.

Diese Übersicht bietet eine Zusammenfassung des aktuellen Wissensstandes zu Lithium-Schwefel- und Lithium-Sauerstoff-Batterien und einen direkten Vergleich mit den analogen Natriumsystemen. Die allgemeinen Eigenschaften, Hauptvorteile und Herausforderungen, aktuelle Strategien zur Leistungsverbesserung und allgemeine Richtlinien für die Weiterentwicklung werden zusammengefasst und kritisch diskutiert. Im Allgemeinen hat die Substitution von Lithium durch Natrium einen starken Einfluss auf die Gesamteigenschaften der Zellreaktion und es sind daher Unterschiede in Ionentransport, Phasenstabilität, Elektrodenpotential, Energiedichte usw. zu erwarten.

Ob diese Unterschiede einer reversibleren Zellchemie zugute kommen, ist noch offen, aber einige der ersten Berichte über Na/S 8 - und Na/O 2 -Zellen bei Raumtemperatur zeigen bereits einige aufregende Unterschiede im Vergleich zu den etablierten Li/S 8 und Li/O 2 -Systeme.

Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) haben sich seit ihrer Kommerzialisierung Anfang der 1990er Jahre schnell zur wichtigsten Form der Energiespeicherung für alle mobilen Anwendungen entwickelt. Dies liegt vor allem an ihrer konkurrenzlosen Energiedichte, die andere wiederaufladbare Batteriesysteme wie Metall-Hydrid oder Blei-Säure bei weitem übertrifft. Das anhaltende Bedürfnis, Strom noch sicherer, kompakter und kostengünstiger zu speichern, erfordert jedoch kontinuierliche Forschung und Entwicklung.

Der Bedarf an kostengünstigen stationären Energiespeichern ist zu einer zusätzlichen Herausforderung geworden, die auch die Forschung nach alternativen Batterien anstößt. Große Anstrengungen werden auf die kontinuierliche Verbesserung der verschiedenen Li-Ionen-Technologien gerichtet, beispielsweise durch effizientere Verpackung, Verarbeitung, bessere Elektrolyte und optimierte Elektrodenmaterialien. Obwohl in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte hinsichtlich der Leistungsdichte erzielt wurden, war der Anstieg der Energiedichte (volumetrisch und gravimetrisch) relativ gering. Ein Vergleich verschiedener Batterietechnologien hinsichtlich ihrer Energiedichten ist in Abbildung 1 dargestellt.

Theoretische und (geschätzte) praktische Energiedichten verschiedener Akkus.

Abbildung 1: Theoretische und (geschätzte) praktische Energiedichten verschiedener Akkus: Pb – Säure – Bleisäure, NiMH – Nickel-Metallhydrid, Na-Ion – Schätzung abgeleitet aus Daten für Li-Ionen unter Annahme einer etwas niedrigeren Zellspannung, Li- Ionen – Mittelwert über verschiedene Typen, HT-Na/S 8 – Hochtemperatur-Natrium-Schwefel-Batterie, Li/S 8 und Na/S 8 – Lithium-Schwefel- und Natrium-Schwefel-Batterie unter Annahme von Li 2 S und Na2S als Entladungsprodukte, Li /O 2 und Na/O 2 – Lithium-Sauerstoff-Batterie (theoretische Werte beinhalten das Gewicht des Sauerstoffs und hängen von der Stöchiometrie des angenommenen Entladungsprodukts, dh Oxid, Peroxid oder Superoxid ab). Beachten Sie, dass die Werte für praktische Energiedichten je nach Batteriedesign (Größe, hohe Leistung, hohe Energie, Einzelzelle oder Batterie) und dem Entwicklungsstand stark variieren können. Alle Werte für praktische Energiedichten beziehen sich auf Zellniveau (außer Pb-Säure, 12 V). Die Werte für die Li/S 8 und Li/O 2 Batterien wurden der Literatur entnommen (im Haupttext zitiert) und dienen zur Abschätzung der Energiedichten für die Na/S 8 und Na/O 2 Zellen. Von den oben genannten Technologien wurden bisher nur Bleisäure-, NiMH-, Li-Ionen- und Hochtemperatur-Na/S 8 -Technologien kommerzialisiert.

Verweise:

  1. https://www.beilstein-journals.org/bjnano/articles/6/105

Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4) als Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyt-Additiv

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Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4) als Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyt-Additiv

Lithiumtetrafluoroborat (LiBF 4 ), das als Elektrolytadditiv verwendet wird, um die Zyklenleistung von LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 /Graphitzelle (NMC532) bei höherer Betriebsspannung zu verbessern, wird untersucht.

Durch Zugabe von 1,0 Gew.-% LiBF4 zum Elektrolyten wurde die Kapazitätserhaltung der Lithium-Ionen-Batterie nach 100 Zyklen von 29,2 % auf 90,1 % bei einer Spannung von 3,0 V–4,5 V stark verbessert Spannungsbetrieb werden die Eigenschaften einschließlich der Zellleistung, das Impedanzverhalten sowie die Eigenschaften der Elektrodengrenzflächeneigenschaften untersucht.

Es wurde festgestellt, dass LiBF4 wahrscheinlich an der Bildung von Grenzflächenfilmen auf beiden Elektroden beteiligt war. Die verbesserten Leistungen der Zelle werden der Modifikation der Grenzflächenkomponenten auf der Graphitanode und der LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 -Kathode zugeschrieben, was zu einer Verringerung der Grenzflächenimpedanz führt.

Quelle: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithiumtetrafluoroborat als Elektrolytzusatz zur Verbesserung der Hochspannungsleistung von Lithium-Ionen-Batterien. Zeitschrift der Elektrochemischen Gesellschaft. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Lithiumdifluorphosphat vs. Natriumdifluorphosphat als Li-Ionen-Elektrolyt-Additive

| Jerry Huang

Lithiumdifluorphosphat vs. Natriumdifluorphosphat als Li-Ionen-Elektrolyt-Additive

Lithiumdifluorphosphat (LiDFP, LFO) ist als Elektrolytzusatz sehr hilfreich, um die Zyklenlebensdauer von Li-Ionen-Batterien und die Erhaltung der Entladekapazität bei hohen Temperaturen zu verbessern sowie die Selbstentladung zu reduzieren. Während Natriumdifluorphosphat eine ähnliche Leistung in der NMC532-Batteriezelle aufweist? Werfen wir einen Blick auf ein Papier, das 2020 im Journal of The Electrochemical Society veröffentlicht wurde.

Schlussfolgerung:Drei neue Difluorphosphatsalz-Elektrolytadditive wurden synthetisiert und in NMC532/Graphit-Pouch-Zellen evaluiert. Ammoniumdifluorphosphat (AFO) wird leicht über eine Festkörper-Benchtop-Reaktion von Ammoniumfluorid und Phosphorpentoxid hergestellt, die nur durch leichtes Erhitzen initiiert werden kann. Die beste Ausbeute an Natriumdifluorphosphat (NaFO) in der vorliegenden Studie wurde durch die Reaktion von Difluorphosphorsäure und Natriumcarbonat in 1,2-Diemethoxyethan über 3 -Molekularsieben, einem sehr starken Trocknungsmittel, erhalten. Tetramethylammoniumdifluorphosphat (MAFO) wurde aus NaFO durch Kationenaustausch mit Tetramethylammoniumchlorid hergestellt.

NaFO soll ein sehr gutes Elektrolytadditiv sein, mit ähnlicher Leistung in NMC532/gr-Zellen wie das besser bekannte Lithiumdifluorphosphat (LFO)-Additiv, das jeweils nach mehr als 1.500 Zyklen bei 40 °C eine Beibehaltung der Entladekapazität von ~90% aufweist. Die Langzeitstabilität während der Zyklen zwischen 3,0–4,3 V ist im Vergleich zu den von Harlow et al. berichteten 2%VC 1%DTD Benchmark-Zellen, die nach 1.500 Zyklen eine Kapazitätserhaltung von ∼94% aufweisen, günstig, liegt aber dennoch unter dieser. Die vorteilhafte Natur beider Additive ist dem Difluorphosphat-Anion zuzuschreiben. Im Gegensatz dazu haben sich AFO und MAFO als schlechte Elektrolytadditive erwiesen. Es wird vermutet, dass dies auf die Bildung von Lithiumnitrid für ersteres zurückzuführen ist. Es ist nicht bekannt, warum Tetramethylammonium-Kationen einen negativen Einfluss auf die Zellstabilität haben.

Verweise:

  1. Synthesis and Evaluation of Difluorophosphate Salt Electrolyte Additives for Lithium-Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken und JR Dahn

LiFSI vs. LiPF6 in Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyten

| Jerry Huang

LiFSI vs. LiPF6 in Lithium-Ionen-Batterie-Elektrolyten

Wird LiFSI LiPF6 in Lithium-Ionen-Batterieelektrolyten ersetzen? Die Verwendung des neuen Salzes Lithium-bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) anstelle von Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) als Elektrolyt verbessert die Leistung von Li-Ionen-Batterien mit Siliziumanoden, so ein von Forschern im Journal of the American Chemical Society veröffentlichter Artikel in Europa.

Lithium-bis(fluorsulfonyl)imid, allgemein als LiFSI bezeichnet, hat die Summenformel F2LiNO4S2 und die CAS-Nummer 171611-11-3. LiFSI scheint ein weißes Pulver mit einem Molekulargewicht von 187,07 und einem Schmelzpunkt zwischen 124-128°C (255-262,4°F) zu sein.

Im Vergleich zu LiPF6 verbessert LiFSI nicht nur die thermische Stabilität der Li-Ionen-Batterietechnologie, sondern bietet auch eine bessere Leistung in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit, Zyklenlebensdauer und niedrige Temperaturen. LiFSI kann jedoch bestimmte korrosive Wirkungen auf Aluminiumfolie haben. Einige wissenschaftliche Arbeiten zeigen, dass die Korrosion von Aluminiumfolie hauptsächlich von FSI-Ionen in LiFSI stammt, dieses Problem kann jedoch durch Additive wie fluorhaltige Passivierungs-Aluminiumfolienadditive gelöst werden.

Der Trend ist ziemlich sicher, dass LiFSI zu einem der Mainstream-Lithiumsalze für Elektrolyte der nächsten Generation wird. Derzeit werden ternäre Lithiumbatterien und LFP-Batterien ständig verbessert und von Generation zu Generation iteriert, die höhere Anforderungen an Energiedichte, Hoch- und Niedertemperaturleistung, Zyklenlebensdauer sowie Lade- und Entladeratenleistung stellen.

Aufgrund der hohen technischen Schwierigkeiten bei der Massenproduktion und der hohen Kosten wurde LiFSI nicht direkt als gelöstes Lithiumsalz verwendet, sondern als Additiv gemischt mit Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) für die Verwendung in den Elektrolyten von Lithium-Ionen-Batterien. LG Chem verwendet beispielsweise seit geraumer Zeit LiFSI als Additiv in ihren Elektrolyten. Mit der Verbesserung der Technologie wird den Elektrolyten immer mehr LiFSI zugesetzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Kosten von LiFSI mit der Ausweitung der Massenproduktion weiter gesenkt werden. Und im Laufe der Zeit hat LiFSI das Potenzial, LiPF6 als das wichtigste Lithiumsalz für Lithium-Ionen-Batterieelektrolyte zu ersetzen.

Quellen:

Poworks

Poworks ist ein professioneller Hersteller und Lieferant von Lithium-Verbindungen.

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