La batteria agli ioni di litio ad alta densità di energia ad alta tensione risulta essere economica e priva di metalli

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La batteria agli ioni di litio ad alta densità di energia ad alta tensione risulta essere economica e priva di metalli

Nota del redattore: i ricercatori segnalano un'innovativa elettrochimica ad alta tensione ad alta densità di energia della batteria agli ioni di litio che è economica e priva di metalli (rispettosa dell'ambiente). Questa batteria organica agli ioni di litio di classe 4 V presenta un'elevata capacità teorica e un alto voltaggio, mentre i loro pratici materiali catodici ed elettroliti rimangono inesplorati.

Le piccole molecole organiche redox-attive sono applicabili ai catodi di batterie agli ioni di litio ad alta tensione (> 4 V)?

Di: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pubblicato per la prima volta: 10 marzo 2022 su Advanced Science

4 batterie organiche agli ioni di litio di classe V

Mentre le batterie organiche agli ioni di litio hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali catodici organici ad alta tensione rimangono inesplorati. Nell'articolo numero 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma e colleghi riferiscono l'elettrochimica dell'acido croconico ad alta tensione. Indagini teoriche e sperimentali confermano che i due enolati nell'acido croconico mostrano circa 4 V redox, che possono essere utilizzati per l'accumulo di energia.

Astratto

Mentre le batterie organiche hanno attirato grande attenzione a causa delle loro elevate capacità teoriche, i materiali attivi organici ad alta tensione (> 4 V vs Li/Li+) rimangono inesplorati. Qui, i calcoli della teoria funzionale della densità sono combinati con misurazioni della voltammetria ciclica per studiare l'elettrochimica dell'acido croconico (CA) da utilizzare come materiale catodico per batterie agli ioni di litio sia negli elettroliti dimetilsolfossido che γ-butirrolattone (GBL). I calcoli DFT dimostrano che il sale di dilitio CA (CA–Li2) ha due gruppi enolati che subiscono reazioni redox superiori a 4,0 V e una densità di energia teorica a livello di materiale di 1949 Wh kg–1 per la conservazione di quattro ioni di litio in GBL, superando il valore di entrambi materiali catodici inorganici convenzionali e noti. Le misurazioni della voltammetria ciclica rivelano una reazione redox altamente reversibile da parte del gruppo enolato a ≈4 V in entrambi gli elettroliti. I test sulle prestazioni della batteria di CA come catodo della batteria agli ioni di litio in GBL mostrano due plateau di tensione di scarica a 3,9 e 3,1 V e una capacità di scarica di 102,2 mAh g–1 senza perdita di capacità dopo cinque cicli. Con le tensioni di scarica più elevate rispetto alle piccole molecole organiche note e all'avanguardia, CA promette di essere un candidato materiale catodico di prim'ordine per le future batterie organiche agli ioni di litio ad alta densità di energia.

Riferimenti:

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

Svelata una tecnologia rivoluzionaria di LFP a bassa temperatura

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Svelata una tecnologia rivoluzionaria di LFP a bassa temperatura

Il 15 aprile, un team di ricerca e sviluppo di Changzhou Liyuan New Energy Co ha annunciato a Nanchino che l'azienda aveva compiuto un passo avanti tecnologico sul materiale catodico LFP, che ha migliorato significativamente le prestazioni dell'LFP, nonché la velocità di carica, a bassa temperatura.

Un veicolo elettrico alimentato da una batteria LFP convenzionale ha il suo ovvio svantaggio di ansia da autonomia, ovvero la sua autonomia è spesso circa il 50% della sua gamma NEDC / WLTP / EPA dichiarata a basse temperature come -20 ℃.

Si dice che il nuovo materiale LFP, "LFP-1", sia stato sviluppato da più di 20 esperti di ricerca e sviluppo del suo centro di ricerca di Shenzhen dopo oltre 2.000 esperimenti ripetuti in otto anni e il team di ricerca e sviluppo ha vinto 5 brevetti con esso.

Si dice che le prestazioni rivoluzionarie di "LFP-1" siano ottenute stabilendo canali di trasporto degli ioni di litio ad alta velocità all'interno del materiale catodico insieme alla tecnologia all'avanguardia delle "sfere energetiche"; e le caratteristiche del materiale:

  • Aumento del tasso di capacità di scarica della batteria LFP dal 55% all'85% a -20℃ gradi e da quasi zero al 57% a -40℃ gradi.

  • Raggiungere un'autonomia di 500 chilometri in soli 15 minuti di ricarica rapida con velocità 4C. In confronto, un veicolo elettrico alimentato da una batteria LFP convenzionale richiede solitamente 40 minuti di ricarica rapida per raggiungere un'autonomia di circa 550 chilometri.

Il sodio sarà la prossima soluzione?

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Nel 2020, i partecipanti al mercato dei veicoli elettrici hanno ipotizzato con entusiasmo che la diminuzione dei costi delle batterie al litio avrebbe portato a una rapida crescita delle vendite di veicoli elettrici in tutto il mondo, e davvero è stato così.

Quando si arriva al primo trimestre del 2022, la maggior parte di noi non è pronta ad affrontare la "follia di marzo", ha affermato Jow Lowry di Global Lithium LLC, su un drammatico aumento dei prezzi di carbonato di litio e idrossido di litio a febbraio e all'inizio Marzo. Tuttavia, ritiene che i prezzi elevati del litio non creeranno la distruzione della domanda dal mercato dei veicoli elettrici. “Abbiamo prezzi elevati del litio a causa della mancanza di investimenti che ha creato lo squilibrio tra domanda e offerta. Non credo che questo distruggerà la domanda. Credo che, più correttamente messo, trasmetterà la domanda. La rivoluzione dei veicoli elettrici sarà limitata in questo decennio dalla mancanza di fornitura di litio. Non ci sono dubbi su questo ora", afferma il signor Jow Lowry.

Nonostante i prezzi record del litio, anche molti altri materiali per batterie, come nichel, cobalto e alluminio, hanno subito un'ondata storica di aumento dei prezzi nel primo trimestre di quest'anno, che ha portato a un continuo aumento del costo della batteria e ad oltre 20 annunci OEM dei loro veicoli elettrici aumento di prezzo a marzo 2022.

Allora, dove sta andando la batteria al litio? Alcuni esperti affermano che le batterie al litio andranno a veicoli elettrici di fascia media e alta, elettronica di consumo, veicoli marittimi elettrici e veicoli aerei, ecc.

Che dire del livello base dei veicoli elettrici e dell'accumulo di energia? Le batterie al sodio saranno un'altra scelta per loro? C'è abbondante sodio e altre risorse sulla terra per le batterie al sodio, che si ritiene siano economiche e rispettose dell'ambiente. Esistono altre soluzioni di batterie altamente scalabili? Aspettiamo e vediamo quali saranno i prossimi progressi della ricerca.

Gara di chimica cellulare: sistemi al litio contro sodio

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La ricerca dedicata alle batterie litio-zolfo (Li/S 8 ) e litio-ossigeno (Li/O 2 ) a temperatura ambiente è notevolmente aumentata negli ultimi dieci anni. La corsa allo sviluppo di tali sistemi cellulari è principalmente motivata dall'altissima densità energetica teorica e dall'abbondanza di zolfo e ossigeno. La chimica cellulare, tuttavia, è complessa e il progresso verso lo sviluppo pratico di dispositivi rimane ostacolato da alcune questioni chiave fondamentali, che sono attualmente affrontate da numerosi approcci.

Sorprendentemente, non si sa molto sugli analoghi sistemi di batterie a base di sodio, sebbene le batterie Na/S 8 e Na/NiCl 2 ad alta temperatura già commercializzate suggeriscano che una batteria ricaricabile a base di sodio è fattibile su larga scala. Inoltre, l'abbondanza naturale di sodio è un vantaggio interessante per lo sviluppo di batterie basate su componenti a basso costo.

Questa recensione fornisce una sintesi dello stato dell'arte delle conoscenze sulle batterie litio-zolfo e litio-ossigeno e un confronto diretto con gli analoghi sistemi al sodio. Le proprietà generali, i principali vantaggi e le sfide, le strategie recenti per il miglioramento delle prestazioni e le linee guida generali per ulteriori sviluppi sono riassunte e discusse in modo critico. In generale, la sostituzione del litio con il sodio ha un forte impatto sulle proprietà complessive della reazione cellulare e si possono quindi prevedere differenze nel trasporto ionico, stabilità di fase, potenziale dell'elettrodo, densità di energia, ecc.

Se queste differenze trarranno beneficio da una chimica cellulare più reversibile è ancora una questione aperta, ma alcuni dei primi rapporti sulle celle Na/S 8 e Na/O 2 a temperatura ambiente mostrano già alcune interessanti differenze rispetto alle consolidate Li/S 8 e Li / O 2 sistemi.

Le batterie ricaricabili agli ioni di litio (LIB) sono diventate rapidamente la forma più importante di accumulo di energia per tutte le applicazioni mobili dalla loro commercializzazione all'inizio degli anni '90. Ciò è dovuto principalmente alla loro densità di energia senza rivali che supera facilmente altri sistemi di batterie ricaricabili come metallo-idruro o piombo-acido. Tuttavia, la continua necessità di immagazzinare l'elettricità in modo ancora più sicuro, compatto e conveniente richiede una continua ricerca e sviluppo.

La necessità di uno stoccaggio di energia stazionario a basso costo è diventata un'ulteriore sfida, che stimola anche la ricerca su batterie alternative. I maggiori sforzi sono diretti al miglioramento continuo delle diverse tecnologie agli ioni di litio, ad esempio mediante confezionamento, lavorazione, elettroliti migliori e materiali ottimizzati per gli elettrodi. Sebbene negli ultimi anni siano stati compiuti progressi significativi rispetto alla densità di potenza, l'aumento della densità di energia (volumetrica e gravimetrica) è stato relativamente piccolo. Un confronto tra diverse tecnologie di batterie rispetto alle loro densità di energia è mostrato nella Figura 1.

Densità energetiche teoriche e (stimate) pratiche di diverse batterie ricaricabili.

Figura 1: Densità energetiche teoriche e (stimate) pratiche di diverse batterie ricaricabili: Pb–acido – piombo acido, NiMH – nichel metal idruro, Na-ion – stima derivata dai dati per Li-ion assumendo una tensione di cella leggermente inferiore, Li- ion – media su diversi tipi, HT-Na/S 8 – batteria sodio–zolfo ad alta temperatura, Li/S 8 e Na/S 8 – batteria litio–zolfo e sodio–zolfo assumendo Li 2 S e Na2S come prodotti di scarica, Li /O 2 e Na/O 2 – batteria litio-ossigeno (i valori teorici includono il peso dell'ossigeno e dipendono dalla stechiometria del prodotto di scarica assunto, cioè ossido, perossido o superossido). Si noti che i valori per le densità energetiche pratiche possono variare ampiamente a seconda del design della batteria (dimensioni, alta potenza, alta energia, singola cella o batteria) e dallo stato di sviluppo. Tutti i valori per le densità energetiche pratiche si riferiscono al livello della cella (eccetto Pb–acido, 12 V). I valori per le batterie Li/S 8 e Li/O 2 sono stati presi dalla letteratura (citati nel testo principale) e sono usati per stimare le densità di energia per le celle Na/S 8 e Na/O 2. Delle suddette tecnologie, fino ad oggi sono state commercializzate solo le tecnologie piombo acido, NiMH, ioni di litio e Na/S 8 ad alta temperatura.

Riferimenti:

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

Tetrafluoroborato di litio (LiBF4) come additivo elettrolitico per batterie agli ioni di litio

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Tetrafluoroborato di litio (LiBF4) come additivo elettrolitico per batterie agli ioni di litio

Viene studiato il tetrafluoroborato di litio (LiBF 4 ) utilizzato come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni di ciclo della cella LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 /grafite (NMC532) a una tensione operativa più elevata.

Con l'aggiunta dell'1,0% in peso di LiBF4 nell'elettrolita, la ritenzione della capacità della batteria agli ioni di litio dopo 100 cicli è stata notevolmente migliorata dal 29,2% al 90,1% nella tensione di 3,0 V-4,5 V. Per comprendere il meccanismo del miglioramento della conservazione della capacità ad alta vengono esaminate il funzionamento in tensione, le proprietà comprese le prestazioni della cella, il comportamento dell'impedenza e le caratteristiche delle proprietà dell'interfaccia dell'elettrodo.

Si è scoperto che era probabile che LiBF4 partecipasse alla formazione del film di interfaccia su entrambi gli elettrodi. Le migliori prestazioni della cella sono attribuite alla modifica dei componenti dello strato di interfaccia sull'anodo di grafite e sul catodo LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , che porta ad abbassare l'impedenza interfacciale.

Fonte: Zuo, Xiaoxi e Fan, Chengjie e Liu, Jiansheng e Xiao, Xin e Wu, Junhua e Nan, Junmin. (2013). Tetrafluoroborato di litio come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni ad alta tensione della batteria agli ioni di litio. Giornale della Società Elettrochimica. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Difluorofosfato di litio vs difluorofosfato di sodio come additivi per elettroliti agli ioni di litio

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Difluorofosfato di litio vs difluorofosfato di sodio come additivi per elettroliti agli ioni di litio

Il difluorofosfato di litio (LiDFP, LFO) è molto utile come additivo elettrolitico per migliorare le prestazioni del ciclo di vita della batteria agli ioni di litio e il mantenimento della capacità di scarica ad alta temperatura, oltre a ridurre l'autoscarica. Mentre il difluorofosfato di sodio ha prestazioni simili nella cella della batteria NMC532? Diamo un'occhiata a un articolo pubblicato sul Journal of The Electrochemical Society nel 2020.

Conclusione: sono stati sintetizzati e valutati tre nuovi additivi elettrolitici sali di difluorofosfato in cellule a sacchetto NMC532/grafite. Il difluorofosfato di ammonio (AFO) viene prontamente preparato tramite una reazione da banco allo stato solido di fluoruro di ammonio e pentossido di fosforo che richiede solo un leggero riscaldamento per iniziare. La migliore resa di difluorofosfato di sodio (NaFO) nel presente studio è stata ottenuta facendo reagire acido difluorofosforico e carbonato di sodio in 1,2-diemetossietano su setacci molecolari da 3 , un agente essiccante molto forte. Il tetrametilammonio difluorofosfato (MAFO) è stato preparato da NaFO tramite scambio cationico con tetrametilammonio cloruro.

Si dice che il NaFO sia un ottimo additivo elettrolitico, con prestazioni simili nelle celle NMC532/gr come il più noto additivo al difluorofosfato di litio (LFO), ciascuno dei quali mostra una ritenzione della capacità di scarica di ~ 90% dopo più di 1.500 cicli a 40 ° C. La stabilità a lungo termine durante il ciclo tra 3,0-4,3 V si confronta favorevolmente con, ma comunque è inferiore alle celle di riferimento 2%VC 1% DTD riportate da Harlow et al., che hanno una ritenzione di capacità ∼94% dopo 1.500 cicli. La natura benefica di entrambi gli additivi è attribuibile all'anione difluorofosfato. Al contrario, AFO e MAFO risultano essere additivi elettrolitici poveri. Si suggerisce che ciò sia dovuto alla formazione di nitruro di litio per il primo. Non è noto perché i cationi tetrametilammonio abbiano un effetto negativo sulla stabilità cellulare.

Riferimenti:

  1. Sintesi e valutazione degli additivi elettrolitici di sale difluorofosfato per batterie agli ioni di litio, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken e JR Dahn

LiFSI vs. LiPF6 negli elettroliti delle batterie agli ioni di litio

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LiFSI vs. LiPF6 negli elettroliti delle batterie agli ioni di litio

LiFSI sostituirà LiPF6 negli elettroliti delle batterie agli ioni di litio? L'utilizzo del nuovo sale di litio bis(fluorosulfonil)immide (LiFSI) anziché di esafluorofosfato di litio (LiPF6) come elettrolita migliora le prestazioni delle batterie agli ioni di litio con anodi di silicio, secondo un articolo pubblicato sul Journal of the American Chemical Society dai ricercatori in Europa.

Il litio bis(fluorosulfonil)immide, comunemente indicato come LiFSI, ha la formula molecolare F2LiNO4S2 e il numero CAS 171611-11-3. LiFSI sembra essere una polvere bianca, con un peso molecolare di 187,07 e un punto di fusione tra 124-128°C (255-262,4°F).

Rispetto a LiPF6, LiFSI non solo migliora la stabilità termica nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio, ma offre anche prestazioni migliori in termini di conduttività elettrica, durata del ciclo e bassa temperatura. Tuttavia, LiFSI può avere alcuni effetti corrosivi sul foglio di alluminio. Alcuni documenti accademici mostrano che la corrosione del foglio di alluminio deriva principalmente dagli ioni FSI in LiFSI, ma questo problema può essere risolto con additivi come additivi per fogli di alluminio passivazione contenenti fluoro.

La tendenza è abbastanza certa che LiFSI stia diventando uno dei principali sali di litio per gli elettroliti di prossima generazione. Attualmente, le batterie al litio ternarie e le batterie LFP vengono costantemente migliorate e ripetute generazione dopo generazione che hanno requisiti più elevati in termini di densità energetica, prestazioni ad alta e bassa temperatura, durata del ciclo e prestazioni di velocità di carica e scarica.

A causa dell'elevata difficoltà tecnica nella produzione di massa e dei costi elevati, LiFSI non è stato utilizzato direttamente come sale di litio soluto, ma come additivo miscelato con esafluorofosfato di litio (LiPF6) per l'uso negli elettroliti delle batterie agli ioni di litio in particolare. Ad esempio, LG Chem utilizza da tempo LiFSI come additivo nei propri elettroliti. Man mano che la tecnologia migliora, sempre più LiFSI verrà aggiunto agli elettroliti. Si ritiene che il costo di LiFSI sarà ulteriormente ridotto con l'aumento della produzione di massa. E con il passare del tempo, LiFSI ha il potenziale per sostituire LiPF6 come principale sale di litio per gli elettroliti delle batterie agli ioni di litio.

Fonti:

Il mercato dell'esafluorofosfato di litio (LiPF6) esploderà o crollerà nel 2021?

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Il mercato dell'esafluorofosfato di litio (LiPF6) esploderà o crollerà nel 2021?

L'esafluorofosfato di litio (LiPF6) è una materia prima chiave nella tecnologia odierna, per gli elettroliti delle batterie agli ioni di litio delle batterie di alimentazione agli ioni di litio, le batterie di accumulo di energia agli ioni di litio e le batterie agli ioni di litio di altri dispositivi elettronici di consumo. Insieme al boom dell'industria dei veicoli elettrici, il segmento delle batterie agli ioni di litio consuma la maggior parte di LiPF6 sul mercato.

Da settembre 2020, le vendite di veicoli a nuova energia sono aumentate notevolmente, il che ha portato ad aumentare le vendite di esafluorofosfato di litio. Si stima che la domanda di esafluorofosfato di litio nel segmento delle batterie di alimentazione sarà di circa 66.000 tonnellate nel 2021 e di circa 238.000 tonnellate nel 2025, con un tasso di crescita medio annuo di circa il 40%.

Secondo i dati da gennaio a settembre 2021, la capacità cumulativa cinese della batteria LFP nell'installazione di veicoli elettrici è di circa 45,38 GWh e la capacità cumulativa delle batterie ternarie è di circa 49,70 GWh. Si prevede che la capacità totale annuale della batteria LFP nell'installazione di veicoli elettrici supererà quella del ternario nel 2021, con un alto tasso di crescita anno su anno previsto.

Al 18 ottobre, il prezzo dell'esafluorofosfato di litio era di 520.000 yuan/ton, ed è aumentato di quasi il 500% nel 2021 con il suo prezzo di 107.000 yuan/ton solo all'inizio di quest'anno, stabilendo un nuovo record da giugno 2017 L'esafluorofosfato di litio e gli additivi elettrolitici sono chiaramente diventati uno dei materiali con i tassi di crescita più elevati quest'anno. Si prevede che la forte domanda sul mercato continuerà e attualmente scarseggia.

Il carbonato di litio continuerà ad aumentare di prezzo?

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Il carbonato di litio continuerà ad aumentare di prezzo?

Diamo un'occhiata alle situazioni domanda-offerta del carbonato di litio per valutarne l'andamento dei prezzi.

Carbonato di litio per batterie (Li2CO3)

Le principali aree impegnative del carbonato di litio per batterie sono attualmente dalla preparazione di materiali catodici ternari NMC, ossido di litio cobalto e parte di litio ferro fosfato (LFP).

Nel 2021, il tasso di crescita complessivo di NMC532 e NMC622 è stato basso, rispetto ai materiali ternari ricchi di Ni e LFP. Nel secondo semestre del 2021, si stima che la domanda di carbonato di litio per batterie dalla produzione di materiali a catodo ternario NMC sarà di circa 48.470 tonnellate, con un aumento di solo il 2,4% rispetto al precedente secondo semestre del 2020.

A causa dell'impatto negativo della pandemia, il volume delle esportazioni dell'elettronica di consumo cinese è diminuito in modo significativo, con un piccolo aumento nel mercato interno. La domanda di carbonato di litio per batterie da parte dei produttori di ossido di litio e cobalto è diminuita. Nel secondo semestre del 2021, si stima che la domanda di carbonato di litio da quest'area sarà di circa 16.737 tonnellate, con un calo del 9,7% rispetto al secondo semestre del 2020.

In termini di domanda di materiali LFP, molti impianti di materiali LFP di tipo tradizionale utilizzano attualmente il carbonato di litio di grado batteria come principale fonte di litio (che rappresenta circa il 30%) per garantire la qualità della batteria di alimentazione LFP per il mercato dei veicoli elettrici. A causa dello squilibrio tra domanda e offerta nel mercato delle batterie LFP di potenza, le imprese hanno iniziato a espandere ampiamente la loro capacità di produzione. Nel secondo semestre del 2021 la domanda di carbonato di litio per batterie da questo campo dovrebbe essere di circa 14.788 tonnellate, con un aumento del 30% rispetto al secondo semestre del 2020.

Carbonato di litio di grado industriale (Li2CO3)

La principale area esigente del carbonato di litio di livello industriale proviene dalla produzione di materiale LFP di qualità media, manganato di litio, esafluorofosfato di litio e alcune industrie tradizionali.

In termini di domanda dalla produzione di materiale LFP, dal secondo semestre del 2020, le vendite di modelli EV di classe A00 sono cresciute rapidamente nel mercato cinese, con conseguente forte domanda di batterie LFP di potenza media. Allo stesso tempo, alcuni modelli di fascia media e alta, come Tesla Model Y e Model 3, hanno anche lanciato le proprie versioni alimentate da LFP. Inoltre, è in aumento anche la domanda di batterie LFP nel mercato dell'accumulo di energia e delle due ruote. Attualmente la domanda di carbonato di litio di grado industriale (incluso il grado quasi batteria) dalla produzione di materiale LFP rappresenta circa il 70%, rispetto a quella del carbonato di litio di grado batteria. Nel 2021 H2, la domanda di carbonato di litio di grado industriale da questo campo dovrebbe essere di circa 34.505 tonnellate, con un aumento del 30% rispetto al 2020 H2.

Per quanto riguarda la domanda dalla produzione di manganato di litio, a causa di un minor numero di ordini di elettronica di consumo e veicoli a due ruote all'estero, la domanda di materiale catodico di manganato di litio non è forte. Allo stesso tempo, poiché il prezzo dei sali di litio continua ad aumentare, i produttori hanno una forte pressione sull'aumento dei costi e alcuni di loro ne hanno ridotto la produzione. Pertanto, la domanda di carbonato di litio di livello industriale continua a ridursi. C'è stata un'evidente riduzione della produzione dei materiali LMO all'inizio di quest'anno al Festival di Primavera. Nel 2021 H2 tuttavia, la domanda di carbonato di litio di grado industriale da questo campo dovrebbe essere di circa 11.900 tonnellate, un leggero aumento dell'8% rispetto al precedente H2 2020.

Per quanto riguarda la domanda dalla preparazione dell'esafluorofosfato di litio, insieme alle vendite calde nel mercato dei veicoli elettrici, la produzione di elettroliti domestici è aumentata in modo significativo e anche la domanda di esafluorofosfato di litio (LiPF6) è aumentata notevolmente. Nel 2021 H2, si stima che la domanda di carbonato di litio di grado industriale da quest'area sia di circa 11.236 tonnellate, con un aumento del 40% rispetto al 2020 H2.

La restante domanda di carbonato di litio di grado industriale proviene da produzioni di litio metallico, idrossido di litio trattato caustica e prodotti farmaceutici, rappresentando circa il 26% della sua domanda complessiva, con un leggero aumento.

In conclusione, la domanda complessiva di carbonato di litio continua ad aumentare rapidamente. Tuttavia, la produzione complessiva di carbonato di litio si sta riducendo nel 2021 H2 a causa della diminuzione dell'offerta di spodumene, nonostante un aumento dell'offerta da fonti di salamoia nazionali ed estere. I prezzi per il carbonato di litio hanno maggiori probabilità di aumentare se le stime di cui sopra sono corrette.

LiTFSI è la scelta migliore per migliorare le prestazioni a bassa temperatura nelle celle HEV?

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LiTFSI è la scelta migliore per migliorare le prestazioni a bassa temperatura nelle celle HEV?

Generalmente si ritiene che maggiore è la proporzione di carbonio duro (superiore al 15%) è rivestita all'anodo di una batteria agli ioni di litio, migliore è la sua conduttività. Tuttavia, dobbiamo chiarire che la compattazione delle espansioni polari in puro carbonio duro è di circa 1,15 g/cc. Se viene rivestito più carbonio duro sul materiale di grafite, la densità di compattazione dell'intera espansione polare sarà ridotta (senza aumentare lo spazio tra gli strati di materiale del nucleo). Può raggiungere al massimo solo 1,2 g/cc. Allo stesso tempo, il carbonio duro potrebbe essere compattato e le prestazioni potrebbero non essere sfruttate appieno. Pertanto, è necessario scegliere un diverso rapporto di rivestimento in carbonio duro in base agli scenari applicativi.

È logico che il materiale dell'anodo sia solitamente sollecitato in modo non uniforme e irregolare. Maggiore è la dimensione delle particelle del materiale, maggiore è la resistenza interna. Pertanto, se viene utilizzato un rivestimento in carbonio duro, sebbene la durata del ciclo della batteria possa essere notevolmente estesa, la sua durata del calendario è relativamente scarsa (la capacità delle celle della batteria si riduce notevolmente entro 6 mesi di stoccaggio).

LiTFSI è la scelta migliore per migliorare le prestazioni a bassa temperatura nelle celle HEV?

Ovviamente, il materiale anodico rivestito in carbonio duro non è sufficiente per risolvere i punti dolenti delle scarse prestazioni a bassa temperatura; alcuni altri materiali devono essere migliorati, come gli elettroliti. Gli elettroliti sono una parte importante delle batterie agli ioni di litio e non solo determinano la velocità di migrazione degli ioni di litio Li+ nella fase liquida, ma svolgono anche un ruolo chiave nella formazione del film SEI. Allo stesso tempo, gli elettroliti esistenti hanno una costante dielettrica più bassa, in modo che gli ioni di litio possano attrarre più molecole di solvente e rilasciarle durante la desolvatazione, causando maggiori variazioni di entropia del sistema e coefficienti di temperatura più elevati (TC). Pertanto, è importante trovare un metodo di modifica che abbia una variazione di entropia minore durante la desolvatazione, un coefficiente di temperatura inferiore e sia meno influenzato dalla concentrazione dell'elettrolita. Attualmente, ci sono due modi per migliorare le prestazioni a bassa temperatura attraverso gli elettroliti:

  1. Migliora la conduttività a bassa temperatura degli elettroliti ottimizzando la composizione del solvente. La prestazione a bassa temperatura degli elettroliti è determinata dal punto eutettico a bassa temperatura. Se il punto di fusione è troppo alto, è probabile che l'elettrolita si cristallizzi a basse temperature, il che influirà seriamente sulla conduttività degli elettroliti e alla fine porterà al guasto della batteria al litio. Il carbonato di etilene EC è un importante componente solvente dell'elettrolita. Il suo punto di fusione è di 36°C. A basse temperature, la sua solubilità rischia di diminuire e anche i cristalli sono precipitati negli elettroliti. Aggiungendo componenti a basso punto di fusione e a bassa viscosità per diluire e ridurre il contenuto di EC del solvente, la viscosità e il punto eutettico dell'elettrolita possono essere efficacemente ridotti a basse temperature e la conduttività degli elettroliti può essere migliorata. Inoltre, studi nazionali e internazionali hanno anche dimostrato che l'uso di acido carbossilico a catena, acetato di etile, propionato di etile, acetato di metile e butirrato di metile come co-solvente elettrolitico è vantaggioso per il miglioramento della conduttività a bassa temperatura degli elettroliti e migliora notevolmente le prestazioni a bassa temperatura della batteria. In questo settore sono stati compiuti progressi significativi.
  2. L'utilizzo di nuovi additivi per migliorare le proprietà del film SEI lo rende favorevole alla conduzione degli ioni di litio a basse temperature. Il sale elettrolitico è uno dei componenti importanti degli elettroliti ed è anche un fattore chiave per ottenere eccellenti prestazioni a bassa temperatura. Dal 2021, il sale elettrolitico utilizzato su larga scala è l'esafluorofosfato di litio. Il film SEI che si forma facilmente dopo l'invecchiamento ha una grande impedenza, con conseguenti scarse prestazioni a bassa temperatura. Pertanto, lo sviluppo di un nuovo tipo di sale di litio diventa urgente. Il tetrafluoroborato di litio e il borato di difluoroossalato di litio (LiODFB), come sali di litio per l'elettrolita, hanno anche portato un'elevata conduttività ad alte e basse temperature, in modo che la batteria agli ioni di litio mostri eccellenti prestazioni elettrochimiche in un ampio intervallo di temperature.

Come nuovo tipo di sale di litio non acquoso, LiTFSI ha un'elevata stabilità termica, un piccolo grado di associazione di anione e catione e un'elevata solubilità e dissociazione nei sistemi carbonati. A basse temperature, l'elevata conduttività e la bassa resistenza al trasferimento di carica dell'elettrolita del sistema LiFSI ne garantiscono le prestazioni a bassa temperatura. Mandal et al. ha utilizzato LiTFSI come sale di litio e EC/DMC/EMC/pC (rapporto di massa 15:37:38:10) come solvente di base per l'elettrolita; e il risultato ha mostrato che l'elettrolita ha ancora un'elevata conduttività di 2 mScm-1 a -40°C. Pertanto, LiTFSI è considerato l'elettrolita più promettente in grado di sostituire l'esafluorofosfato di litio ed è anche considerato un'alternativa per il passaggio a un'era di elettroliti solidi.

Secondo Wikipedia, il litio bis(trifluorometansolfonil)immide, spesso indicato semplicemente come LiTFSI, è un sale idrofilo con la formula chimica LiC2F6NO4S2. LiTFSI è un cristallo bianco o una polvere che può essere utilizzata come sale di litio elettrolita organico per batterie agli ioni di litio, il che rende l'elettrolita che mostra un'elevata stabilità elettrochimica e conduttività. È comunemente usato come fonte di ioni di litio negli elettroliti per batterie agli ioni di litio come alternativa più sicura all'esafluorofosfato di litio comunemente usato. È costituito da un catione Li e da un anione bistriflimide. A causa della sua altissima solubilità in acqua (> 21 m), LiTFSI è stato utilizzato come sale di litio negli elettroliti acqua-in-sale per batterie acquose agli ioni di litio.

LiTFSI può essere ottenuto dalla reazione di bis(trifluorometilsulfonil)immide e idrossido di litio o carbonato di litio in una soluzione acquosa e l'anidro può essere ottenuto mediante essiccamento sotto vuoto a 110 ° C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O

Il litio bis(trifluorometilsulfonil)immide può essere utilizzato per preparare elettroliti per batterie al litio e come nuovo catalizzatore acido di Lewis in terre rare; viene utilizzato per preparare sali di imidazolo chirali mediante reazione di sostituzione anionica dei corrispondenti trifluorometansolfonati. Questo prodotto è un importante composto di ioni organici contenenti fluoro, che viene utilizzato in batterie al litio secondarie, Supercondensatore Chemicalbook, condensatori elettrolitici in alluminio, materiali elettrolitici non acquosi ad alte prestazioni e come nuovo catalizzatore ad alta efficienza. I suoi usi di base sono i seguenti:

  1. Batterie al litio
  2. Liquidi ionici
  3. Antistatico
  4. Medicina (molto meno comune)

Tuttavia, un ingegnere di ricerca e sviluppo cinese ha affermato una volta: "LiTFSI viene utilizzato principalmente come additivo negli attuali elettroliti e non verrà utilizzato da solo come sale principale. Inoltre, anche se utilizzato come additivo, l'elettrolita formulato ha prestazioni migliori rispetto ad altri elettroliti. LiTFSI Electrolyte è molto più costoso dei normali tipi di elettroliti, quindi LiTFSI non viene aggiunto, se non ci sono requisiti speciali sulle prestazioni dell'elettrolita."

Si ritiene che in alcuni scenari applicativi vi siano requisiti sostanziali per batterie ad alta potenza, scenari come carrelli elevatori elettrici e AGV. Per quanto riguarda la durata e gli attributi degli strumenti di produzione, è anche necessario risolvere contemporaneamente i problemi della durata del ciclo e delle prestazioni a bassa temperatura. Pertanto, la ricerca e lo sviluppo sugli elettroliti di nuova generazione continueranno. Ma è ancora una preoccupazione multidimensionale e una competizione di prestazioni, costi e sicurezza; e i mercati alla fine faranno le proprie scelte.

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