Celchemie Race: Lithium versus natriumsystemen

| Jerry Huang

Onderzoek naar lithium-zwavel (Li/S 8 ) en lithium-zuurstof (Li/O 2 )-batterijen bij kamertemperatuur is de afgelopen tien jaar aanzienlijk toegenomen. De wedloop om dergelijke celsystemen te ontwikkelen wordt voornamelijk ingegeven door de zeer hoge theoretische energiedichtheid en de overvloed aan zwavel en zuurstof. De celchemie is echter complex en de vooruitgang in de richting van de ontwikkeling van praktische apparaten wordt nog steeds belemmerd door enkele fundamentele sleutelkwesties, die momenteel worden aangepakt door tal van benaderingen.

Verrassend genoeg is er niet veel bekend over de analoge op natrium gebaseerde batterijsystemen, hoewel de reeds gecommercialiseerde Na/S 8- en Na/NiCl 2- batterijen voor hoge temperaturen suggereren dat een oplaadbare batterij op basis van natrium op grote schaal haalbaar is. Bovendien is de natuurlijke overvloed aan natrium een aantrekkelijk voordeel voor de ontwikkeling van batterijen op basis van goedkope componenten.

Deze review geeft een samenvatting van de state-of-the-art kennis over lithium-zwavel- en lithium-zuurstofbatterijen en een directe vergelijking met de analoge natriumsystemen. De algemene eigenschappen, grote voordelen en uitdagingen, recente strategieën voor prestatieverbeteringen en algemene richtlijnen voor verdere ontwikkeling worden samengevat en kritisch besproken. In het algemeen heeft de vervanging van natrium door lithium een sterke invloed op de algemene eigenschappen van de celreactie en kunnen dus verschillen in ionentransport, fasestabiliteit, elektrodepotentiaal, energiedichtheid, enz. worden verwacht.

Of deze verschillen een meer omkeerbare celchemie ten goede zullen komen, is nog een open vraag, maar enkele van de eerste rapporten over Na/S 8- en Na/O 2- cellen op kamertemperatuur laten al enkele opwindende verschillen zien in vergelijking met de gevestigde Li/S 8- en Li / O2 systemen.

Oplaadbare lithium-ionbatterijen (LIB's) zijn snel de belangrijkste vorm van energieopslag geworden voor alle mobiele toepassingen sinds hun commercialisering in het begin van de jaren negentig. Dit is voornamelijk te danken aan hun ongeëvenaarde energiedichtheid die andere oplaadbare batterijsystemen zoals metaalhydride of loodzuur gemakkelijk overtreft. De voortdurende behoefte om elektriciteit nog veiliger, compacter en betaalbaarder op te slaan, vereist echter voortdurend onderzoek en ontwikkeling.

De behoefte aan goedkope stationaire energieopslag is een extra uitdaging geworden, wat ook aanleiding geeft tot onderzoek naar alternatieve batterijen. Grote inspanningen zijn gericht op continue verbetering van de verschillende Li-ion-technologieën door bijvoorbeeld efficiëntere verpakking, verwerking, betere elektrolyten en geoptimaliseerde elektrodematerialen. Hoewel er de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang is geboekt met betrekking tot de vermogensdichtheid, was de toename van de energiedichtheid (volumetrisch en gravimetrisch) relatief klein. Een vergelijking van verschillende batterijtechnologieën met betrekking tot hun energiedichtheden wordt getoond in figuur 1.

Theoretische en (geschatte) praktische energiedichtheden van verschillende oplaadbare batterijen.

Figuur 1: Theoretische en (geschatte) praktische energiedichtheden van verschillende oplaadbare batterijen: Pb-zuur – loodzuur, NiMH – nikkelmetaalhydride, Na-ion – schatting afgeleid van gegevens voor Li-ion uitgaande van een iets lagere celspanning, Li- ion - gemiddelde over verschillende types, HT-Na / S 8 - hoge temperatuur natrium-zwavel batterij, Li / S 8 en Na / S 8 - lithium-zwavel en natrium-zwavel batterij uitgaande Li2S en Na2S als afvoer producten, Li /O 2 en Na/O 2 – lithium-zuurstofbatterij (theoretische waarden omvatten het gewicht van zuurstof en zijn afhankelijk van de stoichiometrie van het aangenomen ontladingsproduct, dwz oxide, peroxide of superoxide). Houd er rekening mee dat de waarden voor praktische energiedichtheden grotendeels kunnen variëren, afhankelijk van het batterijontwerp (grootte, hoog vermogen, hoog energieverbruik, enkele cel of batterij) en de staat van ontwikkeling. Alle waarden voor praktische energiedichtheden hebben betrekking op het celniveau (behalve Pb-zuur, 12 V). De waarden voor de Li/S 8- en Li/O 2- batterijen zijn ontleend aan de literatuur (aangehaald in de hoofdtekst) en worden gebruikt om de energiedichtheden voor de Na/S 8- en Na/O 2- cellen te schatten. Van de bovengenoemde technologieën zijn tot nu toe alleen de loodzuur-, NiMH-, Li-ion- en hoge temperatuur Na/S 8- technologieën op de markt gebracht.

Referenties:

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

Lithiumtetrafluorboraat (LiBF4) als elektrolytadditief voor lithium-ionbatterijen

| Jerry Huang

Lithiumtetrafluorboraat (LiBF4) als elektrolytadditief voor lithium-ionbatterijen

Lithiumtetrafluorboraat (LiBF 4 ), gebruikt als een elektrolytadditief om de cyclusprestaties van LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 /grafietcel (NMC532) bij hogere bedrijfsspanning te verbeteren, wordt onderzocht.

Met 1,0 gew.% LiBF4-toevoeging aan de elektrolyt, was het capaciteitsbehoud van de lithium-ionbatterij na 100 cycli sterk verbeterd van 29,2% tot 90,1% in de spanning van 3,0 V-4,5 V. Om het mechanisme van de capaciteitsretentieverbetering bij hoge spanningswerking, de eigenschappen met inbegrip van de celprestaties, het impedantiegedrag en de eigenschappen van de elektrode-interface-eigenschappen worden onderzocht.

Het is gebleken dat LiBF4 waarschijnlijk zou deelnemen aan de vorming van interfacefilm op beide elektroden. De verbeterde prestaties van de cel worden toegeschreven aan de wijziging van interfacelaagcomponenten op grafietanode en LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 kathode, wat leidt tot een verlaging van de grensvlakimpedantie.

Bron: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithiumtetrafluorboraat als elektrolytadditief om de hoogspanningsprestaties van lithium-ionbatterijen te verbeteren. Tijdschrift van de Electrochemical Society. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Lithiumdifluorfosfaat versus natriumdifluorfosfaat als Li-ion-elektrolytadditieven

| Jerry Huang

Lithiumdifluorfosfaat versus natriumdifluorfosfaat als Li-ion-elektrolytadditieven

Lithiumdifluorfosfaat (LiDFP, LFO) is zeer nuttig als elektrolytadditief om de prestaties van de levensduur van li-ionbatterijen en het behoud van de ontlaadcapaciteit bij hoge temperaturen te verbeteren, en om zelfontlading te verminderen. Terwijl natriumdifluorfosfaat vergelijkbare prestaties heeft in de NMC532-batterijcel? Laten we eens kijken naar een artikel dat in 2020 in Journal of The Electrochemical Society werd gepubliceerd.

Conclusie: Drie nieuwe difluorfosfaatzout-elektrolytadditieven werden gesynthetiseerd en geëvalueerd in NMC532/grafietbuidelcellen. Ammoniumdifluorfosfaat (AFO) wordt gemakkelijk bereid via een vaste stof, tafelmodelreactie van ammoniumfluoride en fosforpentoxide die slechts een zachte verhitting vereist om te starten. De beste opbrengst aan natriumdifluorfosfaat (NaFO) in de huidige studie werd verkregen door difluorfosforzuur en natriumcarbonaat te laten reageren in 1,2-diemethoxyethaan over 3 A moleculaire zeven, een zeer sterk droogmiddel. Tetramethylammoniumdifluorfosfaat (MAFO) werd bereid uit NaFO via kationenuitwisseling met tetramethylammoniumchloride.

NaFO is naar verluidt een zeer goed elektrolytadditief, met vergelijkbare prestaties in NMC532/gr-cellen als het bekendere lithiumdifluorfosfaat (LFO)-additief, waarbij elk een behoud van ongeveer 90% van de ontladingscapaciteit vertoont na meer dan 1500 cycli bij 40 °C. De stabiliteit op lange termijn tijdens fietsen tussen 3,0-4,3 V steekt gunstig af bij, maar is niettemin minder dan de 2% VC 1% DTD-benchmarkcellen die zijn gerapporteerd door Harlow et al., die een capaciteitsbehoud van ∼94% hebben na 1500 cycli. De gunstige aard van beide additieven is toe te schrijven aan het difluorfosfaatanion. Daarentegen blijken AFO en MAFO slechte elektrolytadditieven te zijn. Er wordt gesuggereerd dat dit te wijten is aan de vorming van lithiumnitride voor de eerste. Het is niet bekend waarom tetramethylammoniumkationen een negatief effect hebben op de celstabiliteit.

Referenties:

  1. Synthese en evaluatie van difluorfosfaatzoutelektrolytadditieven voor lithium-ionbatterijen, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken en JR Dahn

LiFSI versus LiPF6 in elektrolyten van lithium-ionbatterijen

| Jerry Huang

LiFSI versus LiPF6 in elektrolyten van lithium-ionbatterijen

Zal LiFSI LiPF6 vervangen in elektrolyten van lithium-ionbatterijen? Het gebruik van het nieuwe zout lithium-bis(fluorsulfonyl)imide (LiFSI) in plaats van lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) als elektrolyt verbetert de prestaties van Li-ion-batterijen met siliciumanodes, volgens een artikel gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society door onderzoekers in Europa.

Lithiumbis(fluorsulfonyl)imide, gewoonlijk LiFSI genoemd, heeft de molecuulformule F2LiNO4S2 en CAS-nummer 171611-11-3. LiFSI lijkt een wit poeder te zijn, met een molecuulgewicht van 187,07 en een smeltpunt tussen 124-128°C (255-262,4°F).

In vergelijking met LiPF6 verbetert LiFSI niet alleen de thermische stabiliteit in de li-ionbatterijtechnologie, maar levert het ook betere prestaties op het gebied van elektrische geleidbaarheid, levensduur en lage temperaturen. LiFSI kan echter bepaalde corrosieve effecten hebben op aluminiumfolie. Sommige academische papers tonen aan dat de corrosie van aluminiumfolie voornamelijk afkomstig is van FSI-ionen in LiFSI, maar dit probleem kan worden opgelost door additieven zoals fluorhoudende passiveringsaluminiumfolieadditieven.

De trend is vrij zeker dat LiFSI een van de mainstream lithiumzouten wordt voor de volgende generatie elektrolyten. Momenteel worden ternaire lithiumbatterijen en LFP-batterijen voortdurend verbeterd en generatie na generatie herhaald die hogere eisen stellen aan energiedichtheid, prestaties bij hoge en lage temperaturen, levensduur en prestaties bij laad- en ontlaadsnelheid.

Vanwege de hoge technische problemen bij massaproductie en de hoge kosten, is LiFSI niet rechtstreeks gebruikt als een opgelost lithiumzout, maar als een additief gemengd met lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) voor gebruik in de elektrolyten van met name krachtige li-ionbatterijen. LG Chem gebruikt bijvoorbeeld al geruime tijd LiFSI als additief in hun elektrolyten. Naarmate de technologie verbetert, zullen er steeds meer LiFSI aan elektrolyten worden toegevoegd. Er wordt aangenomen dat de kosten van LiFSI verder zullen worden verlaagd met de opschaling van massaproductie. En naarmate de tijd verstrijkt, heeft LiFSI het potentieel om LiPF6 te vervangen als het belangrijkste lithiumzout voor elektrolyten van lithium-ionbatterijen.

bronnen:

Zal de markt voor lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) in 2021 boomen of crashen?

| Jerry Huang

Zal de markt voor lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) in 2021 boomen of crashen?

Lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) is een belangrijke grondstof in de huidige technologie voor lithium-ionbatterij-elektrolyten van lithium-ion-stroombatterijen, lithium-ion-energieopslagbatterijen en andere li-ionbatterijen voor consumentenelektronica. Samen met de hausse van de EV-industrie, verbruikt het segment van de li-ionbatterijen het grootste deel van LiPF6 op de markt.

Sinds september 2020 is de verkoop van nieuwe energievoertuigen aanzienlijk gestegen, waardoor de verkoop van lithiumhexafluorfosfaat is gestegen. Geschat wordt dat de vraag naar lithiumhexafluorfosfaat in het segment van elektrische batterijen ongeveer 66.000 ton zal bedragen in 2021 en ongeveer 238.000 ton in 2025, met een gemiddelde jaarlijkse groei van ongeveer 40%.

Volgens gegevens van januari tot september 2021 is China's accumulatieve capaciteit van LFP-batterijen in EV-installaties ongeveer 45,38 GWh en de accumulatieve capaciteit van ternaire batterijen ongeveer 49,70 GWh. Verwacht wordt dat de jaarlijkse totale capaciteit van de LFP-batterij in EV-installaties die van de ternaire batterij in 2021 zal overschrijden, waarbij een hoge jaarlijkse groei wordt verwacht.

Op 18 oktober bedroeg de prijs van lithiumhexafluorfosfaat 520.000 yuan/ton en is in 2021 met bijna 500% gestegen, met een prijs van 107.000 yuan/ton pas begin dit jaar, waarmee een nieuw record werd bereikt sinds juni 2017 Lithiumhexafluorfosfaat en elektrolytadditieven zijn dit jaar duidelijk een van de materialen geworden met de hoogste groeipercentages. De sterke vraag in de markt zal naar verwachting aanhouden en er is momenteel een tekort aan aanbod.

Zal lithiumcarbonaat in prijs blijven stijgen?

| Jerry Huang

Zal lithiumcarbonaat in prijs blijven stijgen?

Laten we eens kijken naar de vraag-aanbodsituaties van lithiumcarbonaat om de prijstrends te evalueren.

Lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit (Li2CO3)

De belangrijkste veeleisende gebieden van lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit zijn momenteel de bereiding van NMC-ternaire kathodematerialen, lithiumkobaltoxide en een deel van lithiumijzerfosfaat (LFP).

In 2021 was de algehele groeisnelheid van NMC532 en NMC622 laag, vergeleken met Ni-rijke ternaire materialen en LFP. In H2 van 2021 wordt geschat dat de vraag naar lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit uit de productie van NMC-ternaire kathodematerialen ongeveer 48.470 ton zal bedragen, een stijging van slechts 2,4% ten opzichte van de vorige H2 van 2020.

Als gevolg van de negatieve impact van de pandemie is het exportvolume van Chinese consumentenelektronica aanzienlijk afgenomen, met een kleine toename op de binnenlandse markt. De vraag naar lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit van fabrikanten van lithiumkobaltoxide is afgenomen. In H2 van 2021 wordt geschat dat de vraag naar lithiumcarbonaat uit dit gebied ongeveer 16.737 ton zal zijn, een daling van 9,7% ten opzichte van H2 van 2020.

Wat de vraag naar LFP-materialen betreft, gebruiken veel reguliere LFP-materiaalfabrieken van het stroomtype momenteel lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit als hun belangrijkste lithiumbron (goed voor ongeveer 30%) om de kwaliteit van LFP-stroombatterijen voor de EV-markt te waarborgen. Onder de onbalans van vraag en aanbod op de markt voor LFP-batterijen voor stroom, zijn ondernemingen begonnen hun productiecapaciteit grotendeels uit te breiden. In 2021 H2 zal de vraag naar lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit uit dit veld naar verwachting ongeveer 14.788 ton bedragen, een stijging van 30% ten opzichte van H2 van 2020.

Industrieel lithiumcarbonaat (Li2CO3)

Het belangrijkste veeleisende gebied van lithiumcarbonaat van industriële kwaliteit is de productie van LFP-materiaal van gemiddelde kwaliteit, lithiummanganaat, lithiumhexafluorfosfaat en enkele traditionele industrieën.

Wat betreft de vraag naar de productie van LFP-materiaal, is de verkoop van EV-modellen van de A00-klasse sinds H2 van 2020 snel gegroeid op de Chinese markt, wat resulteert in een grote vraag naar LFP-batterijen van gemiddelde kwaliteit. Tegelijkertijd hebben sommige mid-end en high-end modellen, zoals Tesla Model Y en Model 3, ook hun eigen LFP-aangedreven versies gelanceerd. Daarnaast neemt ook de vraag naar LFP-batterijen in de markt voor energieopslag en tweewielers toe. Momenteel is de vraag naar lithiumcarbonaat van industriële kwaliteit (inclusief quasi-batterijkwaliteit) uit de productie van LFP-materiaal ongeveer 70%, vergeleken met die van lithiumcarbonaat van batterijkwaliteit. In 2021 H2 zal de vraag naar industrieel lithiumcarbonaat uit dit veld naar verwachting ongeveer 34.505 ton bedragen, een stijging van 30% ten opzichte van 2020 H2.

Wat betreft de vraag naar de productie van lithiummanganaat, als gevolg van minder bestellingen van consumentenelektronica en tweewielers in het buitenland, is de vraag naar lithiummanganaatkathodemateriaal niet sterk. Tegelijkertijd, terwijl de prijs van lithiumzouten blijft stijgen, staan fabrikanten onder grote druk op de kostenstijgingen en sommigen van hen hebben hun productie verlaagd. Daarom blijft de vraag naar lithiumcarbonaat van industriële kwaliteit krimpen. Begin dit jaar was er tijdens Spring Festival een duidelijke outputvermindering van LMO-materialen. In 2021 H2 zal de vraag naar industrieel lithiumcarbonaat uit dit veld naar verwachting echter ongeveer 11.900 ton bedragen, een lichte stijging van 8% ten opzichte van de vorige H2 van 2020.

Met betrekking tot de vraag naar het bereiden van lithiumhexafluorfosfaat, samen met de hete verkoop op de EV-markt, is de binnenlandse elektrolytoutput aanzienlijk toegenomen en is ook de vraag naar lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6) sterk toegenomen. In 2021 H2 wordt geschat dat de vraag naar lithiumcarbonaat van industriële kwaliteit uit dit gebied ongeveer 11.236 ton is, een stijging van 40% ten opzichte van 2020 H2.

De resterende vraag naar lithiumcarbonaat van industriële kwaliteit is afkomstig van de productie van metaallithium, bijtende verwerkte lithiumhydroxide en farmaceutische producten, goed voor ongeveer 26% van de totale vraag, met een lichte stijging.

Concluderend blijft de algemene vraag naar lithiumcarbonaat snel toenemen. De totale productie van lithiumcarbonaat krimpt echter in 2021 H2 als gevolg van een verminderde aanvoer van spodumeen, ondanks een toegenomen aanvoer van pekelbronnen in binnen- en buitenland. De prijzen voor lithiumcarbonaat zullen hoogstwaarschijnlijk stijgen als de bovenstaande schattingen kloppen.

Is LiTFSI de beste keuze om de prestaties bij lage temperaturen in HEV-cellen te verbeteren?

| Jerry Huang

Is LiTFSI de beste keuze om de prestaties bij lage temperaturen in HEV-cellen te verbeteren?

Over het algemeen wordt aangenomen dat hoe hoger het aandeel harde koolstof (meer dan 15%) op de anode van een li-ionbatterij is gecoat, hoe beter de geleidbaarheid ervan. We moeten echter duidelijk maken dat de verdichting van hengelstukken van puur hard carbon ongeveer 1,15 g/cc is. Als er meer harde koolstof op het grafietmateriaal wordt gecoat, wordt de verdichtingsdichtheid van het gehele poolstuk verminderd (zonder de ruimte tussen de kernmateriaallagen te vergroten). Het kan maximaal 1,2 g/cc bereiken. Tegelijkertijd kan de harde koolstof worden verdicht en wordt de prestatie mogelijk niet volledig benut. Daarom is het noodzakelijk om verschillende verhoudingen van harde koolstofcoating te kiezen op basis van toepassingsscenario's.

Het is logisch dat het anodemateriaal gewoonlijk ongelijk gespannen en onregelmatig is. Hoe groter de deeltjesgrootte van het materiaal, hoe groter de interne weerstand. Daarom, als een harde koolstofcoating wordt gebruikt, hoewel de levensduur van de batterij aanzienlijk kan worden verlengd, is de levensduur van de batterij relatief slecht (de capaciteit van de batterijcel neemt sterk af bij opslag van 6 maanden).

Is LiTFSI de beste keuze om de prestaties bij lage temperaturen in HEV-cellen te verbeteren?

Het is duidelijk dat hard met koolstof gecoat anodemateriaal niet voldoende is om de pijnpunten van slechte prestaties bij lage temperaturen op te lossen; sommige andere materialen moeten worden verbeterd, zoals elektrolyten. Elektrolyten vormen een belangrijk onderdeel van lithium-ionbatterijen en ze bepalen niet alleen de migratiesnelheid van Li+ lithiumionen in de vloeibare fase, maar spelen ook een sleutelrol bij de vorming van SEI-film. Tegelijkertijd hebben de bestaande elektrolyten een lagere diëlektrische constante, zodat lithiumionen meer oplosmiddelmoleculen kunnen aantrekken en deze kunnen vrijgeven tijdens desolvatie, wat leidt tot grotere systeementropieveranderingen en hogere temperatuurcoëfficiënten (TC's). Daarom is het belangrijk om een modificatiemethode te vinden die een kleinere entropieverandering heeft tijdens desolvatie, een lagere temperatuurcoëfficiënt en minder wordt beïnvloed door de elektrolytconcentratie. Momenteel zijn er twee manieren om de prestaties bij lage temperaturen te verbeteren door middel van elektrolyten:

  1. Verbeter de geleidbaarheid van elektrolyten bij lage temperaturen door de samenstelling van het oplosmiddel te optimaliseren. De prestatie van elektrolyten bij lage temperaturen wordt bepaald door het eutectische punt bij lage temperatuur. Als het smeltpunt te hoog is, zal het elektrolyt waarschijnlijk uitkristalliseren bij lage temperaturen, wat de geleidbaarheid van elektrolyten ernstig zal beïnvloeden en uiteindelijk zal leiden tot uitval van de lithiumbatterij. EC-ethyleencarbonaat is een belangrijk oplosmiddelbestanddeel van de elektrolyt. Het smeltpunt is 36°C. Bij lage temperaturen zal de oplosbaarheid waarschijnlijk afnemen en zelfs kristallen worden neergeslagen in elektrolyten. Door toevoeging van laagsmeltende en laagviskeuze componenten om het EC-gehalte van het oplosmiddel te verdunnen en te verlagen, kunnen de viscositeit en het eutectische punt van de elektrolyt bij lage temperaturen effectief worden verlaagd en kan de geleidbaarheid van elektrolyten worden verbeterd. Bovendien hebben binnenlandse en buitenlandse studies ook aangetoond dat het gebruik van ketencarbonzuur, ethylacetaat, ethylpropionaat, methylacetaat en methylbutyraat als het elektrolyt-co-oplosmiddel gunstig is voor de verbetering van de geleidbaarheid bij lage temperaturen van elektrolyten en verbetert de prestaties van de batterij bij lage temperaturen aanzienlijk. Op dit gebied is aanzienlijke vooruitgang geboekt.
  2. Het gebruik van nieuwe additieven om de eigenschappen van de SEI-film te verbeteren, maakt het bevorderlijk voor de geleiding van lithiumionen bij lage temperaturen. Elektrolytzout is een van de belangrijke componenten van elektrolyten en het is ook een sleutelfactor om uitstekende prestaties bij lage temperaturen te verkrijgen. Het elektrolytzout dat sinds 2021 op grote schaal wordt gebruikt, is lithiumhexafluorfosfaat. De SEI-film die gemakkelijk wordt gevormd na veroudering, heeft een grote impedantie, wat resulteert in slechte prestaties bij lage temperaturen. Daarom wordt de ontwikkeling van een nieuw type lithiumzout urgent. Lithiumtetrafluorboraat en lithiumdifluoroxalaatboraat (LiODFB), als lithiumzouten voor elektrolyt, hebben ook geleid tot een hoge geleidbaarheid bij hoge en lage temperaturen, zodat de lithiumionbatterij uitstekende elektrochemische prestaties vertoont in een breed temperatuurbereik.

Als een nieuw type niet-waterig lithiumzout heeft LiTFSI een hoge thermische stabiliteit, een kleine mate van associatie van anion en kation, en een hoge oplosbaarheid en dissociatie in carbonaatsystemen. Bij lage temperaturen zorgen de hoge geleidbaarheid en lage ladingsoverdrachtsweerstand van het LiFSI-systeemelektrolyt voor zijn prestaties bij lage temperaturen. Mandal et al. heeft LiTFSI gebruikt als lithiumzout en EC/DMC/EMC/pC (massaverhouding 15:37:38:10) als het basisoplosmiddel voor elektrolyt; en het resultaat toonde aan dat de elektrolyt nog steeds een hoge geleidbaarheid heeft van 2 mScm-1 bij -40°C. Daarom wordt LiTFSI beschouwd als de meest veelbelovende elektrolyt die lithiumhexafluorfosfaat kan vervangen, en wordt ook beschouwd als een alternatief voor de overgang naar een tijdperk van vaste elektrolyten.

Volgens Wikipedia is Lithium bis(trifluormethaansulfonyl)imide, vaak eenvoudigweg LiTFSI genoemd, een hydrofiel zout met de chemische formule LiC2F6NO4S2. LiTFSI is een wit kristal of poeder dat kan worden gebruikt als een organisch elektrolyt-lithiumzout voor lithium-ionbatterijen, waardoor het elektrolyt een hoge elektrochemische stabiliteit en geleidbaarheid vertoont. Het wordt vaak gebruikt als Li-ionbron in elektrolyten voor Li-ionbatterijen als een veiliger alternatief voor het veelgebruikte lithiumhexafluorfosfaat. Het bestaat uit één Li-kation en een bistriflimide-anion. Vanwege de zeer hoge oplosbaarheid in water (> 21 m) is LiTFSI gebruikt als lithiumzout in water-in-zoutelektrolyten voor waterige lithium-ionbatterijen.

LiTFSI kan worden verkregen door de reactie van bis(trifluormethylsulfonyl)imide en lithiumhydroxide of lithiumcarbonaat in een waterige oplossing, en het watervrije kan worden verkregen door vacuümdrogen bij 110 °C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O

Lithiumbis(trifluormethylsulfonyl)imide kan worden gebruikt om elektrolyten voor lithiumbatterijen te bereiden en als een nieuwe Lewis-zuurkatalysator in zeldzame aarde; het wordt gebruikt om chirale imidazoliumzouten te bereiden door anionvervangingsreactie van overeenkomstige trifluormethaansulfonaten. Dit product is een belangrijke fluorhoudende organische ionenverbinding, die wordt gebruikt in secundaire lithiumbatterijen, supercondensator Chemicalbook, aluminium elektrolytische condensatoren, hoogwaardige niet-waterige elektrolytmaterialen en als nieuwe hoogrenderende katalysator. Het basisgebruik is als volgt:

  1. Lithium batterijen
  2. Ionische vloeistoffen
  3. antistatisch
  4. Geneeskunde (veel minder vaak voor)

Een R&D-ingenieur uit China zei ooit: "LiTFSI wordt voornamelijk gebruikt als additief in huidige elektrolyten en zal niet alleen als het belangrijkste zout worden gebruikt. Bovendien, zelfs als het als additief wordt gebruikt, heeft de geformuleerde elektrolyt betere prestaties dan andere elektrolyten. LiTFSI-elektrolyt is veel duurder dan de gebruikelijke soorten elektrolyten, dus LiTFSI wordt niet toegevoegd als er geen speciale vereisten zijn voor de elektrolytprestaties."

Er wordt aangenomen dat er in sommige toepassingsscenario's substantiële vereisten zijn voor batterijen met hoog vermogen, scenario's zoals elektrische vorkheftrucks en AGV's. Wat betreft duurzaamheid en eigenschappen van productiegereedschappen, is het ook noodzakelijk om de problemen van de levensduur en prestaties bij lage temperaturen in één keer op te lossen. Daarom zullen onderzoek en ontwikkeling op het gebied van elektrolyten van de volgende generatie worden voortgezet. Maar het is nog steeds een multidimensionale zorg en concurrentie van prestaties, kosten en veiligheid; en de markten zullen uiteindelijk hun eigen keuzes maken.

Referenties:

  1. Zheng, Honghe; Qu, Qunting; Zhang, Li; Liu, Gao; Battaglia, Vincent (2012). "Harde koolstof: een veelbelovende lithium-ion batterij anode voor toepassingen bij hoge temperaturen met ionische elektrolyt". RSC gaat vooruit. Royal Society of Chemistry. (11): 4904-4912. doi:10.1039/C2RA20536J. Ontvangen 2020-08-15.
  2. Kamiyama, Azusa; Kubota, Kei; Nakano, Takeshi; Fujimura, Shun; Shiraishi, Soshi; Tsukada, Hidehiko; Komaba, Shinichi (27-01-2020). "Hoge capaciteit harde koolstof gesynthetiseerd uit macroporeuze fenolhars voor natrium-ion- en kalium-ionbatterij". ACS toegepaste energiematerialen. Amerikaanse Chemische Vereniging. 3: 135-140. doi:10.1021/acsaem.9b01972.
  3. Khosravi, Mohsen; Bashirpour, Neda; Nematpour, Fatemeh (2013-11-01). "Synthese van harde koolstof als anodemateriaal voor lithium-ionbatterijen". Geavanceerd materiaalonderzoek. 829: 922-926. doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.829.922. S2CID 95359308. Opgehaald op 15-08-2020.
  4. Goriparti, Subrahmanyam; Miele, Ermanno; De Angelis, Francesco; Di Fabrizio, Enzo; Proietti Zaccaria, Remo; Capiglia, Claudio (2014). "Review over de recente voortgang van nanogestructureerde anodematerialen voor Li-ionbatterijen". Tijdschrift van krachtbronnen. 257: 421-443. Bibcode:2014JPS...257..421G. doi:10.1016/j.jpowsour.2013.11.103.
  5. Irisarri, E; Ponrouch, A; Palacin, MR (2015). "Review-Hard Carbon Negative Electrode Materials voor natrium-ionbatterijen". Tijdschrift van de Electrochemical Society. 162: A2476. doi:10.1149/2.0091514jes.
  6. Dou, Xinwei; Hasa, Ivana; Saurel, Damien; Vaalma, Christoph; Wu, kalk; Buchholz, Daniël; Bresser, Dominicus; Komaba, Shinichi; Passerini, Stefano (2019). "Harde koolstoffen voor natrium-ionbatterijen: Structuur, analyse, duurzaamheid en elektrochemie". Materialen vandaag. 23: 87-104. doi:10.1016/j.mattod.2018.12.040

LFP-batterij overtrof ternair in EV-installatie in juli

| Jerry Huang

Op de Chinese markt bedroeg de output van de binnenlandse stroombatterij in juli 2021 17,4 GWh, een stijging van 185,3% op jaarbasis en een stijging van 14,2% op maandbasis. Onder hen is de output van ternaire batterij 8,0 GWh, goed voor 46,0% van de totale output, met een stijging van 144,0% jaar-op-jaar, en een stijging van 8,6% maand-op-maand; de output van lithium-ijzerfosfaat (LFP) batterijen is 9,3 GWh, goed voor 53,8% van de totale output, met een stijging van 236,2% op jaarbasis en een stijging van 20,0% maand-op-maand.

Van januari tot juli van dit jaar was de totale output van stroombatterijen 92,1 GWh, een stijging van 210,9% jaar-op-jaar. Onder hen was de cumulatieve output van ternaire batterijen 44,8 GWh, een stijging van 148,2% jaar-op-jaar, goed voor 48,7% van de totale output; de cumulatieve output van LFP-batterijen was 47,0 GWh, een stijging van 310,6% op jaarbasis, goed voor 51,1% van de totale output. Batterij-output Chinese markt:

Met betrekking tot de door de EV-industrie geïnstalleerde batterijcapaciteit bedroeg de totale installatiecapaciteit van ternaire batterijen in juli 5,5 GWh, goed voor 48,7%, een stijging van 67,5% jaar-op-jaar, maar een daling van 8,2% maand-op-maand ; de totale installatie van LFP-batterijen bedroeg 5,8 GWh, goed voor 51,3%, een stijging van 235,5% op jaarbasis en een stijging van 13,4% op maandbasis.

Van januari tot juli bedroeg de cumulatieve capaciteit van ternaire batterijen geïnstalleerd in EV 35,6 GWh, een stijging van 124,3% jaar-op-jaar, goed voor 55,8% van het totale geïnstalleerde volume; de cumulatieve capaciteit van LFP-batterijen bedroeg 28,0 GWh, een stijging van 333,0% jaar-op-jaar, goed voor 43,9% van het totale geïnstalleerde volume. Batterij-installatie op de Chinese markt voor elektrische voertuigen

Bron: SPIR News

Output van LFP accu hoger is dan die van Ternary lithiumbatterij mei

| Jerry Huang

Volgens gegevens van de China Automotive Power Battery Industry Innovation Alliance, mei 2021, China's macht batterij vermogen bedroeg 13.8GWh, een jaar-op-jaar stijging van 165,8%. Onder hen, de productie van lithium-ijzerfosfaat (LFP) batterijen was 8.8GWh mei, goed voor 63,6% van alle accu-uitgang, een stijging van 317,3% jaar-op-jaar, en een stijging van 41,6% maand-op-maand ; de output van ternaire lithium-batterijen was 5.0GWh, goed voor 36,2% van de totale productie, een stijging van 62,9% jaar-op-jaar, maar een 25,4% daling ten opzichte van de vorige maand. Als gevolg van de stijging in mei van dit jaar, heeft de output van LFP batterijen overtrof die van ternaire lithium batterijen voor het eerst sinds 2018. De cumulatieve productie van LFP accu was 29.9GWh van januari tot mei van dit jaar, goed voor 50,3% van de totaal vermogen; terwijl de cumulatieve productie van ternaire lithiumbatterijen was 29.5GWh op hetzelfde tijdstip, goed voor 49,6%.

In termen van de capaciteit van de batterij door de EV-industrie geïnstalleerd, aandeel van de LFP batterijen tijdelijk minder dan ternair lithiumbatterijen nog. In mei, de installatie capaciteit van de LFP batterijen steeg met 458,6% jaar-op-jaar tot 4,5 GWh, en de geïnstalleerde capaciteit van ternair batterijen steeg met 95,3% jaar-op-jaar tot 5,2 GWh. In de eerste vijf maanden van dit jaar, China's de installatie van de macht batterij capaciteit bedroeg 41.4GWh in EV, een jaar-op-jaar stijging van 223,9%. Onder hen, het cumulatieve volume van ternair lithiumbatterijen was 24.2GWh, een stijging van 151,7% jaar-op-jaar, goed voor 58,5% van de totale geïnstalleerde batterijen; het cumulatieve volume van LFP batterijen was 17.1GWh, een stijging van 456,6% jaar-op-jaar, goed voor 41,3% van de totale geïnstalleerde batterijen. Echter, het is vermeldenswaard dat de huidige groei van de LFP accu's in de productie en de EV-installatie is veel groter dan die van de ternaire lithium-batterijen. Als dit zo doorgaat, kan de EV installatie van LFP batterijen in juni hoger zijn dan die van de ternaire lithium batterijen ook.

Output van nikkel-rijke Cathode Materials aanzienlijk toeneemt

| Jerry Huang

Output van nikkel-rijke Cathode Materials aanzienlijk toeneemt

Volgens de statistieken van ICCSINO, is het marktaandeel van nikkel-rijke ternaire materialen (811 & NCA type) in 2020 toegenomen tot 22% ongeveer in het gebied van de totale ternaire materialen, een aanzienlijke stijging ten opzichte van die van in 2019. Hoewel dit jaar in 2021 totale productie van ternaire kathodematerialen blijkt ongeveer 106.400 ton in China in Q1 + april, waarvan nikkel-rijke materialen goed voor 32,7%. De maandelijkse productie in april bereikte een nieuw niveau in een record van 10.450 ton, een jaar-op-jaar stijging van 309,8%. Het groeitempo ver overtrof de verwachtingen. Nikkel-rijke ternair materialen geleidelijk aan werd het belangrijkste slagveld van de toekomst ternaire materialen.

In feite, in de afgelopen jaren, de high-nickelization van ternair kathodematerialen is niet glad in China markt. Hoewel de trend al verscheen in de markt in 2018, werden nikkel-rijke materialen niet goed aanvaard in de Chinese nieuwe energie markt als gevolg van technische en veiligheidsaspecten. In 2019, het marktaandeel van nikkel-rijke materiaal was slechts ongeveer 13%. Echter, met de sterk groeiende vraag in overzeese markten in de afgelopen twee jaar en de populariteit van nikkel-rijke batterijen door de grote autobedrijven, de overbrenging van China's nikkel-rijke kathodematerialen zijn gestaag toe.

Hier is een grafiek die de aandelen van de output verschillende ternair kathodematerialen in China de markt in Q1 + april de afgelopen jaren. Bron: ICCSINO.COM

Poworks

Poworks is een professionele producent en leverancier van lithiumverbindingen.

Archief