Bateri Li-ion Ketumpatan Tenaga Tinggi Voltan Tinggi Dilaporkan Murah Dan Tanpa Logam

| Jerry Huang

Bateri Li-ion Ketumpatan Tenaga Tinggi Voltan Tinggi Dilaporkan Murah Dan Tanpa Logam

Nota editor: Penyelidik melaporkan penemuan elektrokimia ketumpatan tenaga tinggi voltan tinggi Bateri Litium-ion yang menjimatkan dan bebas logam (mesra alam sekitar). Bateri litium-ion organik 4 kelas V ini mempunyai kapasiti teori yang tinggi dan voltan tinggi, manakala bahan katod dan elektrolit praktikalnya masih belum diterokai.

Adakah Molekul Kecil Organik Aktif Redoks Berkenaan untuk Katod Bateri Litium-Ion Voltan Tinggi (>4 V)?

Oleh: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Pertama diterbitkan: 10 Mac 2022 tentang Sains Lanjutan

4 Bateri Litium-Ion Organik Kelas V

Walaupun bateri litium-ion organik telah menarik perhatian besar kerana kapasiti teorinya yang tinggi, bahan katod organik voltan tinggi masih belum diterokai. Dalam artikel nombor 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma dan rakan sekerja melaporkan elektrokimia asid croconic pada voltan tinggi. Penyiasatan teori dan eksperimen mengesahkan dua enolat dalam asid croconic menunjukkan sekitar 4 V redoks, yang boleh digunakan untuk penyimpanan tenaga.

Abstrak

Walaupun bateri organik telah menarik perhatian besar kerana kapasiti teorinya yang tinggi, bahan aktif organik voltan tinggi (> 4 V vs Li/Li+) masih belum diterokai. Di sini, pengiraan teori fungsi ketumpatan digabungkan dengan pengukuran voltammetri kitaran untuk menyiasat elektrokimia asid croconic (CA) untuk digunakan sebagai bahan katod bateri lithium-ion dalam kedua-dua dimetil sulfoksida dan elektrolit γ-butyrolactone (GBL). Pengiraan DFT menunjukkan bahawa garam CA dilitium (CA–Li2) mempunyai dua kumpulan enolat yang mengalami tindak balas redoks melebihi 4.0 V dan ketumpatan tenaga teori tahap bahan 1949 Wh kg–1 untuk menyimpan empat ion litium dalam GBL—melebihi nilai kedua-duanya. bahan katod bukan organik konvensional dan diketahui. Pengukuran voltammetri kitaran mendedahkan tindak balas redoks yang sangat boleh diterbalikkan oleh kumpulan enolat pada ≈4 V dalam kedua-dua elektrolit. Ujian prestasi bateri CA sebagai katod bateri lithium-ion dalam GBL menunjukkan dua dataran tinggi voltan nyahcas pada 3.9 dan 3.1 V, dan kapasiti nyahcas 102.2 mAh g–1 tanpa kehilangan kapasiti selepas lima kitaran. Dengan voltan nyahcas yang lebih tinggi berbanding molekul kecil organik yang terkenal dan terkini, CA berjanji untuk menjadi calon bahan katod utama untuk bateri organik litium-ion berketumpatan tinggi tenaga pada masa hadapan.

Rujukan:

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

Teknologi Terobosan LFP Suhu Rendah Didedahkan

| Jerry Huang

Teknologi Terobosan LFP Suhu Rendah Didedahkan

Pada 15 April, pasukan R&D dari Changzhou Liyuan New Energy Co membuat pengumuman di Nanjing bahawa syarikat itu telah membuat penemuan teknologi pada bahan katod LFP, yang telah meningkatkan prestasi LFP dengan ketara, serta kadar pengecasan, pada suhu rendah.

EV yang dikuasakan oleh bateri LFP konvensional mempunyai kelemahan yang jelas bagi kebimbangan julat, iaitu julatnya selalunya sekitar 50% daripada julat NEDC / WLTP / EPA yang dituntut pada suhu rendah seperti -20 ℃.

Bahan LFP baharu, "LFP-1", didakwa dibangunkan oleh lebih 20 pakar R&D dari Pusat Penyelidikan Shenzhen selepas lebih 2,000 percubaan berulang dalam lapan tahun dan pasukan R&D telah memenangi 5 paten dengannya.

Prestasi terobosan "LFP-1" dilaporkan akan dicapai dengan mewujudkan saluran pengangkutan ion litium berkelajuan tinggi di dalam bahan katod bersama-sama dengan teknologi "sfera tenaga" terkini; dan ciri-ciri bahan:

  • Meningkatkan kadar kapasiti nyahcas bateri LFP daripada 55% kepada 85% pada -20℃ darjah, dan daripada hampir sifar kepada 57% pada -40℃ darjah.

  • Mencapai julat 500 kilometer dalam hanya 15 minit pengecasan pantas kadar 4C. Sebagai perbandingan, EV yang dikuasakan oleh bateri LFP konvensional biasanya memerlukan pengecasan pantas selama 40 minit untuk mencapai jarak kira-kira 550 kilometer.

Adakah Sodium Menjadi Penyelesaian Seterusnya?

| Jerry Huang

Pada tahun 2020, penglibat pasaran EV teruja membuat spekulasi bahawa penurunan kos bateri berkuasa litium akan membawa pertumbuhan pesat jualan EV di seluruh dunia, dan sememangnya ia berlaku.

Apabila tiba pada suku pertama 2022, kebanyakan kita tidak bersedia untuk menghadapi "Kegilaan Mac", kata Encik Jow Lowry dari Global Lithium LLC, mengenai kenaikan harga litium karbonat dan litium hidroksida yang mendadak pada bulan Februari dan awal. Mac. Bagaimanapun beliau merasakan bahawa harga litium yang tinggi tidak akan mewujudkan kemusnahan permintaan daripada pasaran EV. “Kami mempunyai harga litium yang tinggi kerana kekurangan pelaburan yang telah mewujudkan ketidakseimbangan bekalan-permintaan. Saya tidak percaya bahawa ini akan memusnahkan permintaan. Saya percaya ia, lebih tepat, ia akan memajukan permintaan. Revolusi EV akan dihadkan dalam dekad ini kerana kekurangan bekalan litium. Tiada persoalan tentang itu sekarang,” kata Encik Jow Lowry.

Walaupun rekod harga litium yang tinggi, banyak bahan bateri lain, seperti nikel, kobalt dan aluminium, juga telah mengalami gelombang sejarah kenaikan harga pada Q1 tahun ini, yang mengakibatkan peningkatan kos bateri yang berterusan dan lebih daripada 20 pengumuman OEM mengenai EV mereka. kenaikan harga pada Mac 2022.

Jadi ke mana arah bateri litium? Sesetengah pakar mengatakan bahawa bateri litium akan digunakan kepada EV sederhana dan mewah, elektronik pengguna, kenderaan marin elektrik dan kenderaan udara, dsb.

Bagaimana pula dengan tahap kemasukan EV dan storan tenaga? Adakah bateri kimia natrium akan menjadi pilihan lain untuk mereka? Terdapat banyak natrium dan sumber lain di bumi untuk bateri natrium, yang dipercayai menjimatkan dan mesra alam. Adakah terdapat penyelesaian bateri lain yang sangat berskala? Mari kita tunggu dan lihat apakah penemuan penyelidikan yang akan datang seterusnya.

Perlumbaan Kimia Sel: Sistem Litium lwn Sodium

| Jerry Huang

Penyelidikan yang ditumpukan kepada bateri litium–sulfur (Li/S 8 ) dan litium–oksigen (Li/O 2 ) suhu bilik telah meningkat dengan ketara sejak sepuluh tahun yang lalu. Perlumbaan untuk membangunkan sistem sel sedemikian terutamanya didorong oleh ketumpatan tenaga teori yang sangat tinggi dan banyaknya sulfur dan oksigen. Kimia sel, bagaimanapun, adalah kompleks, dan kemajuan ke arah pembangunan peranti praktikal masih terhalang oleh beberapa isu utama asas, yang kini sedang ditangani oleh pelbagai pendekatan.

Agak menghairankan, tidak banyak yang diketahui tentang sistem bateri berasaskan natrium analog, walaupun bateri Na/S 8 dan Na/NiCl 2 bersuhu tinggi yang telah dikomersialkan mencadangkan bahawa bateri boleh dicas semula berdasarkan natrium boleh dilaksanakan pada skala besar. Selain itu, kelimpahan semula jadi natrium adalah faedah yang menarik untuk pembangunan bateri berdasarkan komponen kos rendah.

Kajian ini menyediakan ringkasan pengetahuan terkini tentang bateri litium-sulfur dan litium-oksigen dan perbandingan langsung dengan sistem natrium analog. Sifat umum, faedah dan cabaran utama, strategi terkini untuk peningkatan prestasi dan garis panduan umum untuk pembangunan selanjutnya diringkaskan dan dibincangkan secara kritis. Secara umum, penggantian litium untuk natrium mempunyai kesan yang kuat ke atas sifat keseluruhan tindak balas sel dan perbezaan dalam pengangkutan ion, kestabilan fasa, potensi elektrod, ketumpatan tenaga, dan sebagainya boleh dijangkakan.

Sama ada perbezaan ini akan memberi manfaat kepada kimia sel yang lebih boleh diterbalikkan masih menjadi persoalan terbuka, tetapi beberapa laporan pertama mengenai suhu bilik Na/S 8 dan sel Na/O 2 sudah menunjukkan beberapa perbezaan yang menarik berbanding dengan Li/S 8 yang telah ditetapkan dan Sistem Li/O 2.

Bateri litium-ion boleh dicas semula (LIB) telah menjadi bentuk storan tenaga yang paling penting dengan pantas untuk semua aplikasi mudah alih sejak pengkomersilannya pada awal 1990-an. Ini disebabkan terutamanya oleh ketumpatan tenaga yang tiada tandingannya yang mudah mengatasi sistem bateri boleh dicas semula yang lain seperti logam–hidrida atau asid plumbum. Bagaimanapun, keperluan berterusan untuk menyimpan tenaga elektrik dengan lebih selamat, lebih padat dan lebih berpatutan memerlukan penyelidikan dan pembangunan yang berterusan.

Keperluan untuk penyimpanan tenaga pegun yang murah telah menjadi cabaran tambahan, yang juga mencetuskan penyelidikan mengenai bateri alternatif. Usaha besar ditujukan ke arah penambahbaikan berterusan teknologi Li-ion yang berbeza dengan pembungkusan, pemprosesan, elektrolit yang lebih baik dan bahan elektrod yang dioptimumkan, contohnya. Walaupun kemajuan ketara telah dicapai berkenaan dengan ketumpatan kuasa sejak beberapa tahun kebelakangan ini, peningkatan dalam ketumpatan tenaga (secara volumetrik dan gravimetrik) adalah agak kecil. Perbandingan teknologi bateri yang berbeza berkenaan dengan ketumpatan tenaga mereka ditunjukkan dalam Rajah 1.

Ketumpatan tenaga teori dan (anggaran) praktikal bagi bateri boleh dicas semula yang berbeza.

Rajah 1: Ketumpatan tenaga teori dan (anggaran) praktikal bagi bateri boleh dicas semula yang berbeza: Pb–asid – asid plumbum, NiMH – hidrida logam nikel, Na-ion – anggaran yang diperoleh daripada data untuk Li-ion dengan mengandaikan voltan sel rendah sedikit, Li- ion – purata ke atas jenis yang berbeza, HT-Na/S 8 – bateri natrium–sulfur suhu tinggi, Li/S 8 dan Na/S 8 – bateri litium–sulfur dan natrium–sulfur dengan mengandaikan Li 2 S dan Na2S sebagai produk nyahcas, Li /O 2 dan Na/O 2 – bateri litium-oksigen (nilai teori termasuk berat oksigen dan bergantung pada stoikiometri produk nyahcas yang diandaikan, iaitu, oksida, peroksida atau superoksida). Ambil perhatian bahawa nilai untuk ketumpatan tenaga praktikal boleh berbeza-beza bergantung pada reka bentuk bateri (saiz, kuasa tinggi, tenaga tinggi, sel tunggal atau bateri) dan keadaan pembangunan. Semua nilai untuk ketumpatan tenaga praktikal merujuk kepada tahap sel (kecuali Pb–asid, 12 V). Nilai untuk bateri Li/S 8 dan Li/O 2 diambil daripada literatur (dipetik dalam teks utama) dan digunakan untuk menganggarkan ketumpatan tenaga untuk sel Na/S 8 dan Na/O 2. Daripada teknologi di atas, hanya asid plumbum, NiMH, Li-ion dan teknologi Na/S 8 suhu tinggi telah dikomersialkan sehingga kini.

Rujukan:

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

Lithium Tetrafluoroborate (LiBF4) sebagai Bahan Tambahan Elektrolit Bateri Li-ion

| Jerry Huang

Lithium Tetrafluoroborate (LiBF4) sebagai Bahan Tambahan Elektrolit Bateri Li-ion

Litium tetrafluoroborat (LiBF 4 ) yang digunakan sebagai bahan tambah elektrolit untuk meningkatkan prestasi kitaran LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 /sel grafit (NMC532) pada voltan operasi yang lebih tinggi disiasat.

Dengan penambahan LiBF4 1.0% berat ke dalam elektrolit, pengekalan kapasiti bateri ion litium selepas 100 kitaran telah bertambah baik daripada 29.2% kepada 90.1% dalam voltan 3.0 V–4.5 V. Untuk memahami mekanisme peningkatan pengekalan kapasiti pada tahap tinggi operasi voltan, sifat termasuk prestasi sel, tingkah laku impedans serta ciri-ciri sifat antara muka elektrod diperiksa.

Didapati bahawa LiBF4 berkemungkinan mengambil bahagian dalam pembentukan filem antara muka pada kedua-dua elektrod. Prestasi sel yang lebih baik adalah disebabkan oleh pengubahsuaian komponen lapisan antara muka pada anod grafit dan katod LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , yang membawa kepada menurunkan galangan antara muka.

Sumber: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithium Tetrafluoroborate sebagai Aditif Elektrolit untuk Meningkatkan Prestasi Voltan Tinggi Bateri Litium-Ion. Jurnal Persatuan Elektrokimia. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Litium difluorofosfat vs natrium difluorofosfat sebagai aditif elektrolit Li-ion

| Jerry Huang

Litium difluorofosfat vs natrium difluorofosfat sebagai aditif elektrolit Li-ion

Lithium difluorophosphate (LiDFP, LFO) sangat membantu sebagai aditif elektrolit untuk meningkatkan prestasi hayat kitaran bateri li-ion dan pengekalan kapasiti nyahcas pada suhu tinggi, serta mengurangkan nyahcas sendiri. Walaupun natrium difluorofosfat mempunyai prestasi yang sama dalam sel bateri NMC532? Mari kita lihat kertas kerja yang diterbitkan di Journal of The Electrochemical Society pada tahun 2020.

Kesimpulan:Tiga bahan tambahan elektrolit garam difluorofosfat baru telah disintesis dan dinilai dalam sel kantung NMC532/grafit. Ammonium difluorophosphate (AFO) sedia disediakan melalui keadaan pepejal, tindak balas atas bangku ammonium fluorida dan fosforus pentoksida yang memerlukan hanya pemanasan lembut untuk dimulakan. Hasil terbaik natrium difluorofosfat (NaFO) dalam kajian ini diperolehi dengan bertindak balas asid difluorofosforik dan natrium karbonat dalam 1,2-diemethoxyethane lebih 3 Å ayak molekul, agen pengeringan yang sangat kuat. Tetramethylammonium difluorophosphate (MAFO) telah disediakan daripada NaFO melalui pertukaran kation dengan tetramethylammonium chloride.

NaFO dilaporkan sebagai aditif elektrolit yang sangat baik, dengan prestasi yang sama dalam sel NMC532/gr sebagai aditif litium difluorofosfat (LFO) yang lebih dikenali, masing-masing menunjukkan ~90% pengekalan kapasiti nyahcas selepas lebih daripada 1,500 kitaran pada 40 °C. Kestabilan jangka panjang semasa berbasikal antara 3.0–4.3 V berbanding baik dengan, tetapi masih kurang daripada sel penanda aras 2%VC 1%DTD yang dilaporkan oleh Harlow et al., yang mempunyai pengekalan kapasiti ~94% selepas 1,500 kitaran. Sifat berfaedah kedua-dua bahan tambahan adalah dikaitkan dengan anion difluorofosfat. Sebaliknya, AFO dan MAFO didapati sebagai bahan tambahan elektrolit yang lemah. Ini dicadangkan disebabkan oleh pembentukan litium nitrida untuk bekas. Tidak diketahui mengapa kation tetramethylammonium mempunyai kesan negatif terhadap kestabilan sel.

Rujukan:

  1. Sintesis dan Penilaian Bahan Tambahan Elektrolit Garam Difluorophosphate untuk Bateri Litium-Ion, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken dan JR Dahn

LiFSI lwn. LiPF6 dalam Elektrolit Bateri Li-ion

| Jerry Huang

LiFSI lwn. LiPF6 dalam Elektrolit Bateri Li-ion

Adakah LiFSI akan menggantikan LiPF6 dalam elektrolit bateri Li-ion? Menggunakan garam litium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) baharu dan bukannya litium heksafluorofosfat (LiPF6) sebagai elektrolit meningkatkan prestasi bateri Li-ion dengan anod silikon, menurut satu kertas kerja yang diterbitkan dalam Journal of the American Chemical Society oleh penyelidik. di Eropah.

Litium bis(fluorosulfonyl)imida, biasanya dirujuk sebagai LiFSI, mempunyai formula molekul F2LiNO4S2 dan nombor CAS 171611-11-3. LiFSI kelihatan seperti serbuk putih, dengan berat molekul 187.07, dan takat lebur antara 124-128°C (255-262.4°F).

Berbanding dengan LiPF6, LiFSI bukan sahaja meningkatkan kestabilan terma dalam teknologi bateri li-ion, tetapi juga memberikan prestasi yang lebih baik dari segi kekonduksian elektrik, hayat kitaran dan suhu rendah. Walau bagaimanapun, LiFSI mungkin mempunyai kesan menghakis tertentu pada kerajang aluminium. Sesetengah kertas akademik menunjukkan bahawa kakisan kerajang aluminium terutamanya berasal dari ion FSI dalam LiFSI, tetapi masalah ini boleh diselesaikan dengan bahan tambahan seperti bahan tambahan aluminium foil pasif yang mengandungi fluorin.

Trend ini agak pasti bahawa LiFSI menjadi salah satu garam litium arus perdana untuk elektrolit generasi akan datang. Pada masa ini, bateri litium terner dan bateri LFP sentiasa dipertingkatkan dan diulang generasi demi generasi yang mempunyai keperluan yang lebih tinggi untuk ketumpatan tenaga, prestasi suhu tinggi dan rendah, hayat kitaran dan prestasi kadar pengecasan dan nyahcas.

Disebabkan oleh kesukaran teknikal yang tinggi dalam pengeluaran besar-besaran dan kos yang tinggi, LiFSI tidak digunakan secara langsung sebagai garam litium terlarut, tetapi sebagai bahan tambahan yang dicampur dengan litium heksafluorofosfat (LiPF6) untuk digunakan dalam elektrolit bateri li-ion kuasa terutamanya. Sebagai contoh, LG Chem telah menggunakan LiFSI sebagai bahan tambahan dalam elektrolit mereka untuk beberapa lama. Apabila teknologi bertambah baik, semakin banyak LiFSI akan ditambah kepada elektrolit. Adalah dipercayai bahawa kos LiFSI akan diturunkan lagi dengan peningkatan pengeluaran besar-besaran. Dan apabila masa berlalu, LiFSI berpotensi untuk menggantikan LiPF6 sebagai garam litium utama untuk elektrolit bateri li-ion kuasa.

Sumber:

Adakah pasaran litium heksafluorofosfat (LiPF6) akan berkembang pesat atau jatuh pada tahun 2021?

| Jerry Huang

Adakah pasaran litium heksafluorofosfat (LiPF6) akan berkembang pesat atau jatuh pada tahun 2021?

Litium heksafluorofosfat (LiPF6) ialah bahan mentah utama dalam teknologi hari ini, untuk elektrolit bateri litium-ion bagi bateri kuasa litium-ion, bateri simpanan tenaga litium-ion dan bateri li-ion elektronik pengguna yang lain. Seiring dengan ledakan industri EV, segmen bateri kuasa li-ion menggunakan bahagian terbesar LiPF6 dalam pasaran.

Sejak September 2020, jualan kenderaan tenaga baharu telah meningkat dengan ketara, yang telah mendorong jualan litium heksafluorofosfat meningkat. Dianggarkan bahawa permintaan litium heksafluorofosfat dalam segmen bateri kuasa akan menjadi kira-kira 66,000 tan pada 2021 dan kira-kira 238,000 tan pada 2025, dengan purata kadar pertumbuhan tahunan kira-kira 40%.

Menurut data dari Januari hingga September 2021, kapasiti terkumpul bateri LFP China dalam pemasangan EV ialah kira-kira 45.38GWj, dan kapasiti terkumpul bateri terner ialah kira-kira 49.70GWj. Jumlah kapasiti tahunan bateri LFP dalam pemasangan EV dijangka melebihi kapasiti terner pada 2021, dengan kadar pertumbuhan tahun ke tahun yang tinggi dijangka.

Sehingga 18 Oktober, harga litium heksafluorofosfat ialah 520,000 yuan/tan, dan ia telah meningkat hampir 500% pada 2021 dengan harganya pada 107,000 yuan/tan sahaja pada awal tahun ini, mencatatkan rekod tertinggi baharu sejak Jun 2017 Bahan tambahan litium heksafluorofosfat dan elektrolit jelas menjadi salah satu bahan dengan kadar pertumbuhan tertinggi tahun ini. Permintaan kukuh dalam pasaran dijangka berterusan, dan pada masa ini ia kekurangan bekalan.

Adakah litium karbonat akan terus meningkat dalam harga?

| Jerry Huang

Adakah litium karbonat akan terus meningkat dalam harga?

Mari lihat situasi permintaan-permintaan lithium karbonat untuk menilai trend harganya.

Lithium Carbonate Gred Bateri (Li2CO3)

Kawasan yang menuntut utama litium karbonat bermutu bateri kini adalah dari penyediaan bahan katod ternary NMC, lithium kobalt oxide dan sebahagian lithium iron phosphate (LFP).

Pada tahun 2021, kadar pertumbuhan keseluruhan NMC532 dan NMC622 telah rendah, dibandingkan dengan bahan ternary dan LFP yang kaya dengan Ni. Pada H2 tahun 2021, dianggarkan bahawa permintaan untuk litium karbonat bermutu bateri dari pengeluaran bahan katod bertingkat NMC akan menjadi sekitar 48,470 tan, peningkatan hanya 2.4% dari H2 sebelumnya tahun 2020.

Oleh kerana kesan negatif wabak ini, jumlah eksport elektronik pengguna China telah menurun dengan ketara, dengan sedikit peningkatan di pasaran domestiknya. Permintaan untuk bateri litium karbonat dari pengeluar litium kobalt oksida telah menurun. Pada H2 tahun 2021, dianggarkan bahawa permintaan karbonat litium dari kawasan ini adalah sekitar 16,737 tan, penurunan sebanyak 9,7% dari H2 tahun 2020.

Dari segi permintaan dari bahan LFP, banyak loji bahan LFP jenis kuasa arus utama saat ini menggunakan litium karbonat bermutu bateri sebagai sumber litium utama mereka (menyumbang kira-kira 30%) untuk memastikan kualiti bateri kuasa LFP untuk pasaran EV. Di bawah ketidakseimbangan penawaran dan permintaan di pasaran bateri LFP, perusahaan telah mulai mengembangkan kapasiti pengeluaran mereka secara besar-besaran. Pada tahun 2021 H2, permintaan untuk litium karbonat kelas bateri dari ladang ini dijangka sekitar 14,788 tan, meningkat 30% dari H2 tahun 2020.

Litium Karbonat Gred Perindustrian (Li2CO3)

Kawasan menuntut utama litium karbonat kelas industri adalah dari pengeluaran kualiti rata-rata bahan LFP, lithium manganate, lithium hexafluorophosphate dan beberapa industri tradisional.

Dari segi permintaan dari pengeluaran bahan LFP, sejak H2 tahun 2020, penjualan model EV kelas A00 telah berkembang pesat di pasar China, sehingga permintaan berat bateri LFP berkuasa rata-rata berkualiti tinggi. Pada masa yang sama, beberapa model kelas pertengahan dan kelas atas, seperti Tesla Model Y dan Model 3, juga telah melancarkan versi berkuasa LFP mereka sendiri. Selain itu, permintaan untuk bateri LFP di pasaran penyimpanan tenaga dan roda dua juga meningkat. Pada masa ini, permintaan litium karbonat kelas industri (termasuk kelas kuasi bateri) dari pengeluaran bahan LFP menyumbang sekitar 70%, berbanding dengan permintaan litium karbonat bermutu bateri. Pada tahun 2021 H2, permintaan untuk litium karbonat kelas industri dari ladang ini dijangka sekitar 34,505 tan, meningkat 30% dari tahun 2020 H2.

Bagi permintaan dari pengeluaran lithium manganate, kerana pesanan elektronik pengguna dan roda dua yang lebih sedikit di luar negara, permintaan bahan katod lithium manganate tidak kuat. Pada masa yang sama, ketika harga garam litium terus meningkat, pengeluar mempunyai tekanan besar terhadap kenaikan kos dan beberapa di antaranya mengurangkan outputnya. Oleh itu, permintaan untuk litium karbonat kelas industri terus menyusut. Terdapat pengurangan pengeluaran bahan LMO yang jelas pada awal tahun ini di Spring Festival. Namun pada tahun 2021 H2, permintaan untuk litium karbonat kelas industri dari ladang ini dijangka sekitar 11,900 tan, sedikit peningkatan 8% dari H2 2020 sebelumnya.

Berkenaan dengan permintaan untuk menyiapkan lithium hexafluorophosphate, bersama dengan penjualan panas di pasaran EV, output elektrolit domestik telah meningkat dengan ketara, dan permintaan untuk lithium hexafluorophosphate (LiPF6) juga meningkat. Pada tahun 2021 H2, dianggarkan bahawa permintaan untuk litium karbonat kelas industri dari kawasan ini adalah sekitar 11.236 tan, meningkat 40% dari tahun 2020 H2.

Permintaan selebihnya untuk litium karbonat kelas industri adalah dari pengeluaran litium logam, pembuatan lithium hidroksida dan farmaseutikal yang diproses, menyumbang sekitar 26% daripada permintaan keseluruhannya, dengan sedikit peningkatan.

Kesimpulannya, permintaan keseluruhan untuk litium karbonat terus meningkat dengan pesat. Walau bagaimanapun, pengeluaran keseluruhan litium karbonat menyusut pada tahun 2021 H2 kerana penurunan bekalan spodumena, walaupun peningkatan bekalan dari sumber air garam dalam dan luar negara. Harga untuk litium karbonat kemungkinan besar akan meningkat sekiranya anggaran di atas tetap betul.

Adakah LiTFSI pilihan terbaik untuk meningkatkan prestasi suhu rendah di sel HEV?

| Jerry Huang

Adakah LiTFSI pilihan terbaik untuk meningkatkan prestasi suhu rendah di sel HEV?

Secara amnya dipercayai bahawa semakin tinggi perkadaran karbon keras (melebihi 15%) dilapisi ke anod bateri li-ion, semakin baik kekonduksiannya. Walau bagaimanapun, kita mesti menjelaskan bahawa pemadatan kepingan tiang karbon keras tulen adalah kira-kira 1.15 g / cc. Sekiranya lebih banyak karbon keras dilapisi dengan bahan grafit, ketumpatan pemadatan keseluruhan bahagian tiang akan dikurangkan (tanpa menambah ruang antara lapisan bahan inti). Hanya boleh mencapai 1.2g / cc paling banyak. Pada masa yang sama, karbon keras mungkin dipadatkan dan prestasinya mungkin tidak dapat digunakan sepenuhnya. Oleh itu, perlu memilih nisbah lapisan karbon keras yang berbeza mengikut senario aplikasi.

Adalah wajar bahawa bahan anoda biasanya tidak teratur dan tidak teratur. Semakin besar ukuran zarah bahan, semakin besar rintangan dalamannya. Oleh itu, jika lapisan karbon keras digunakan, walaupun jangka hayat bateri dapat diperluas dengan ketara, jangka hayat kalendarnya agak buruk (kapasiti sel bateri berkurang dalam masa penyimpanan 6 bulan).

Adakah LiTFSI pilihan terbaik untuk meningkatkan prestasi suhu rendah di sel HEV?

Jelas, bahan anoda bersalut karbon keras tidak mencukupi untuk menyelesaikan masalah kesakitan prestasi rendah pada suhu rendah; beberapa bahan lain mesti diperbaiki, seperti elektrolit. Elektrolit adalah bahagian penting dalam bateri ion litium, dan mereka bukan sahaja menentukan kadar penghijrahan ion Li + litium dalam fasa cecair, tetapi juga memainkan peranan penting dalam pembentukan filem SEI. Pada masa yang sama, elektrolit yang ada mempunyai pemalar dielektrik yang lebih rendah, sehingga ion litium dapat menarik lebih banyak molekul pelarut dan membebaskannya semasa penyahgaraman, menyebabkan perubahan entropi sistem dan pekali suhu (TC) yang lebih tinggi. Oleh itu, adalah penting untuk mencari kaedah pengubahsuaian yang mempunyai perubahan entropi yang lebih kecil semasa desolvasi, pekali suhu yang lebih rendah, dan kurang dipengaruhi oleh kepekatan elektrolit. Pada masa ini, terdapat dua cara untuk meningkatkan prestasi suhu rendah melalui elektrolit:

  1. Tingkatkan kekonduksian suhu rendah elektrolit dengan mengoptimumkan komposisi pelarut. Prestasi suhu rendah elektrolit ditentukan oleh titik eutektik suhu rendah. Sekiranya takat lebur terlalu tinggi, elektrolit cenderung mengkristal pada suhu rendah, yang secara serius akan mempengaruhi kekonduksian elektrolit dan akhirnya menyebabkan kegagalan bateri litium. EC ethylene carbonate adalah komponen pelarut penting bagi elektrolit. Titik leburnya ialah 36 ° C. Pada suhu rendah, kelarutannya cenderung menurun dan bahkan kristal diendapkan dalam elektrolit. Dengan menambahkan komponen lebur rendah dan kelikatan rendah untuk mencairkan dan mengurangkan kandungan pelarut EC, kelikatan dan titik eutektik elektrolit dapat dikurangkan dengan berkesan pada suhu rendah, dan kekonduksian elektrolit dapat ditingkatkan. Di samping itu, kajian dalam dan luar negara juga menunjukkan bahawa penggunaan asid karboksilik rantai, etil asetat, etil propionat, metil asetat, dan metil butirat sebagai pelarut bersama elektrolit bermanfaat untuk peningkatan kekonduksian suhu rendah elektrolit dan sangat meningkatkan prestasi suhu rendah bateri. Kemajuan yang ketara telah dicapai di kawasan ini.
  2. Penggunaan bahan tambahan baru untuk meningkatkan sifat filem SEI menjadikannya kondusif untuk pengaliran ion litium pada suhu rendah. Garam elektrolit adalah salah satu komponen penting elektrolit, dan juga merupakan faktor utama untuk memperoleh prestasi suhu rendah yang sangat baik. Sejak tahun 2021, garam elektrolit yang digunakan dalam skala besar adalah lithium hexafluorophosphate. Filem SEI yang mudah dibentuk setelah penuaan mempunyai impedans yang besar, menghasilkan prestasi suhu rendah yang buruk. Oleh itu, pengembangan garam litium jenis baru menjadi sangat penting. Lithium tetrafluoroborate dan lithium difluorooxalate borate (LiODFB), sebagai garam litium untuk elektrolit, juga membawa kekonduksian tinggi di bawah suhu tinggi dan rendah, sehingga bateri ion lithium menunjukkan prestasi elektrokimia yang sangat baik dalam julat suhu yang luas.

Sebagai jenis garam litium bukan berair baru, LiTFSI mempunyai kestabilan terma yang tinggi, sebilangan kecil hubungan anion dan kation, dan kelarutan dan pemisahan yang tinggi dalam sistem karbonat. Pada suhu rendah, kekonduksian tinggi dan rintangan pemindahan cas rendah elektrolit sistem LiFSI memastikan prestasi suhu rendahnya. Mandal Et Al. telah menggunakan LiTFSI sebagai garam litium dan EC / DMC / EMC / pC (nisbah jisim 15: 37: 38: 10) sebagai pelarut asas bagi elektrolit; dan hasilnya menunjukkan bahawa elektrolit masih mempunyai kekonduksian tinggi 2mScm-1 pada -40 ° C. Oleh itu, LiTFSI dianggap sebagai elektrolit paling menjanjikan yang dapat menggantikan lithium hexafluorophosphate, dan juga dianggap sebagai alternatif untuk peralihan ke era elektrolit padat.

Menurut Wikipedia, Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, yang sering disebut sebagai LiTFSI, adalah garam hidrofilik dengan formula kimia LiC2F6NO4S2. LiTFSI adalah kristal putih atau serbuk yang boleh digunakan sebagai garam lithium elektrolit organik untuk bateri lithium-ion, yang menjadikan elektrolit menunjukkan kestabilan dan kekonduksian elektrokimia yang tinggi. Ia biasanya digunakan sebagai sumber Li-ion dalam elektrolit untuk bateri Li-ion sebagai alternatif yang lebih selamat daripada lithium hexafluorophosphate yang biasa digunakan. Ia terdiri dari satu kation Li dan anion bistriflimide. Kerana kelarutannya yang sangat tinggi dalam air (> 21 m), LiTFSI telah digunakan sebagai garam litium dalam elektrolit air dalam garam untuk bateri ion litium berair.

LiTFSI dapat diperoleh dengan reaksi bis (trifluoromethylsulfonyl) imide dan lithium hidroksida atau lithium karbonat dalam larutan berair, dan anhidrat dapat diperoleh dengan pengeringan vakum pada suhu 110 ° C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O

Lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide boleh digunakan untuk menyiapkan elektrolit untuk bateri litium dan sebagai pemangkin asid Lewis baru di nadir bumi; ia digunakan untuk menyediakan garam imidazolium kiral dengan reaksi penggantian anion dari trifluoromethanesulfonates yang sesuai. Produk ini adalah sebatian ion organik yang mengandungi fluorin yang penting, yang digunakan dalam bateri lithium sekunder, buku kapasitor super kapasitor, kapasitor elektrolit aluminium, bahan elektrolit bukan berair berprestasi tinggi dan sebagai pemangkin kecekapan tinggi baru. Kegunaan asasnya adalah seperti berikut:

  1. Bateri litium
  2. Cecair ionik
  3. Antistatik
  4. Perubatan (lebih kurang biasa)

Namun, seorang jurutera R&D dari China pernah berkata: “LiTFSI terutama digunakan sebagai bahan tambahan dalam elektrolit semasa dan tidak akan digunakan sebagai garam utama saja. Di samping itu, walaupun digunakan sebagai bahan tambahan, elektrolit yang diformulasikan mempunyai prestasi yang lebih baik daripada elektrolit lain. Elektrolit LiTFSI jauh lebih mahal daripada jenis elektrolit biasa, jadi LiTFSI tidak ditambahkan, jika tidak ada keperluan khusus mengenai prestasi elektrolit. "

Dipercayai bahawa dalam beberapa senario aplikasi, terdapat keperluan besar untuk bateri berkuasa tinggi, senario seperti forklift elektrik dan AGV. Mengenai ketahanan dan sifat alat pengeluaran, juga perlu untuk menyelesaikan masalah jangka hayat dan prestasi suhu rendah pada satu masa. Oleh itu, penyelidikan dan pengembangan elektrolit generasi seterusnya akan berterusan. Tetapi ia tetap menjadi perhatian dan persaingan pelbagai dimensi mengenai prestasi, kos, dan keselamatan; dan pasaran akhirnya akan membuat pilihan mereka sendiri.

Rujukan:

  1. Zheng, Honghe; Qu, Qunting; Zhang, Li; Liu, Gao; Battaglia, Vincent (2012). "Karbon keras: anoda bateri lithium-ion yang menjanjikan untuk aplikasi suhu tinggi dengan elektrolit ionik". Kemajuan RSC. Persatuan Kimia Diraja. (11): 4904–4912. doi: 10.1039 / C2RA20536J. Diakses pada 2020-08-15.
  2. Kamiyama, Azusa; Kubota, Kei; Nakano, Takeshi; Fujimura, Shun; Shiraishi, Soshi; Tsukada, Hidehiko; Komaba, Shinichi (2020-01-27). "Karbon Berkapasiti Tinggi yang disintesis dari Resin Fenolik Macropori untuk Bateri Natrium-Ion dan Kalium-Ion". Bahan Tenaga Gunaan ACS. Persatuan Kimia Amerika. 3: 135–140. doi: 10.1021 / acsaem.9b01972.
  3. Khosravi, Mohsen; Bashirpour, Neda; Nematpour, Fatemeh (2013-11-01). "Sintesis Karbon Keras sebagai Bahan Anod untuk Bateri Lithium Ion". Penyelidikan Bahan Lanjutan. 829: 922–926. doi: 10.4028 / www.scientific.net / AMR.829.922. S2CID 95359308. Diperoleh pada 2020-08-15.
  4. Goriparti, Subrahmanyam; Miele, Ermanno; De Angelis, Francesco; Di Fabrizio, Enzo; Proietti Zaccaria, Remo; Capiglia, Claudio (2014). "Mengkaji kemajuan terkini bahan anod berstruktur nanost untuk bateri Li-ion". Jurnal Sumber Kuasa. 257: 421–443. Kod Bib: 2014JPS ... 257..421G. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2013.11.103.
  5. Irisarri, E; Ponrouch, A; Palacín, MR (2015). "Ulasan-Bahan Elektrod Negatif Karbon Keras untuk Bateri Natrium-Ion". Jurnal Persatuan Elektrokimia. 162: A2476. doi: 10.1149 / 2.0091514jes.
  6. Dou, Xinwei; Hasa, Ivana; Saurel, Damien; Vaalma, Christoph; Wu, Liming; Buchholz, Daniel; Bresser, Dominic; Komaba, Shinichi; Passerini, Stefano (2019). "Karbon keras untuk bateri natrium-ion: Struktur, analisis, kelestarian, dan elektrokimia". Bahan Hari Ini. 23: 87–104. doi: 10.1016 / j.mattod.2018.12.040

Poworks

Poworks adalah pengeluar profesional dan pembekal sebatian litium.

arkib