LiFSI ในการออกแบบอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียม: ข้อเสียและกลยุทธ์การปรับปรุง

2026-09-29 | Jerry Huang

สรุป

ลิเธียมบิส(ฟลูออโรซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiFSI) ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นเกลือลิเธียมรุ่นใหม่ที่จะมาแทนที่ลิเธียมเฮกซาฟลูออโรฟอสเฟต (LiPF₆) ในอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ คุณสมบัติเด่นคือเสถียรภาพทางความร้อนสูง การนำไฟฟ้าไอออนสูง และความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสที่ดีเยี่ยม ทำให้ LiFSI น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานที่ต้องการการชาร์จเร็วและการใช้งานในอุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม ความท้าทายที่สำคัญหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกัดกร่อนของตัวเก็บประจุอะลูมิเนียม ต้นทุนการผลิตสูง ความไม่เสถียรของชั้นเชื่อมต่อระหว่างแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ (CEI) และข้อกังวลด้านความปลอดภัยทางความร้อน ยังคงเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย บทความนี้จึงนำเสนอการวิเคราะห์อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับข้อเสียเหล่านี้ และทบทวนกลยุทธ์การปรับปรุงล่าสุดที่รายงานในเอกสารทางวิชาการจนถึงปี 2026

1. บทนำ

การเปลี่ยนผ่านทั่วโลกไปสู่แบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งตั้งเป้าหมายไว้ที่ >300 Wh kg⁻¹ สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ได้สร้างความต้องการที่ไม่เคยมีมาก่อนต่อประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ อิเล็กโทรไลต์แบบดั้งเดิมที่ใช้ LiPF₆ แม้ว่าจะครองตลาดในเซลล์เชิงพาณิชย์ แต่ก็มีข้อเสียคือเสถียรภาพทางความร้อนต่ำ (สลายตัวที่อุณหภูมิสูงกว่า ~80 °C) ความไวต่อการไฮโดรไลซิสอย่างรุนแรง (ก่อให้เกิด HF ที่กัดกร่อน) และการนำไฟฟ้าที่อุณหภูมิต่ำไม่เพียงพอ ข้อเสียเหล่านี้จะรุนแรงเป็นพิเศษในสถานการณ์การชาร์จเร็ว ซึ่งกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่จะสร้างความร้อนโอห์มิกอย่างมาก ทำให้ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์เกินขีดจำกัดความเสถียร

LiFSI (LiN(SO₂F)₂) ได้กลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจอย่างยิ่ง ไอออน FSI⁻ มีประจุลบที่กระจายตัวอย่างมากทั่วกลุ่มซัลโฟนิลสองกลุ่ม ส่งผลให้มีพลังงานแลตติสต่ำ การแตกตัวสูง และด้วยเหตุนี้จึงมีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่เหนือกว่า โดยทั่วไปสูงกว่า LiPF₆ ที่อุณหภูมิ 25 °C ประมาณ 15–30% (~10.2 mS cm⁻¹) อุณหภูมิการสลายตัวทางความร้อนของมันสูงกว่า 200 °C และความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสดีกว่า LiPF₆ อย่างเห็นได้ชัด คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้ LiFSI กลายเป็นสารเติมแต่งมาตรฐาน และเป็นเกลือหลักมากขึ้นเรื่อยๆ ในสูตรอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชาร์จเร็ว

อย่างไรก็ตาม ภายใต้คำมั่นสัญญานั้น มีความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญหลายประการที่ต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่ LiFSI จะสามารถเข้ามาแทนที่ LiPF₆ ในระดับอุตสาหกรรมได้อย่างสมบูรณ์

2. ข้อเสียที่สำคัญของ LiFSI

2.1 การกัดกร่อนของตัวเก็บประจุไฟฟ้าอะลูมิเนียม

ข้อจำกัดที่สำคัญที่สุดและได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางที่สุดของ LiFSI คือความไม่เข้ากันกับตัวนำกระแสไฟฟ้าแบบฟอยล์อะลูมิเนียม (Al) ที่ใช้ในด้านแคโทดของเซลล์ลิเธียมไอออน

กลไก ในอิเล็กโทรไลต์ LiPF₆ ทั่วไป ไอออน PF₆⁻ จะสลายตัวที่ศักย์ไฟฟ้าสูง (>4.0 V เทียบกับ Li/Li⁺) เพื่อสร้างชั้นฟิล์มบางๆ ของอะลูมิเนียมฟลูออไรด์ (AlF₃) บนพื้นผิวอลูมิเนียม ฟิล์มนี้ไม่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์และป้องกันการกัดกร่อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในทางตรงกันข้าม ไอออน FSI⁻ ไม่สร้างชั้นฟิล์มป้องกันที่เสถียร แต่ FSI⁻ จะโจมตีฟิล์ม Al₂O₃ ดั้งเดิม ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม และภายใต้การใช้งานเป็นเวลานาน จะเกิดการละลายของพื้นผิวอลูมิเนียมในลักษณะที่เรียกว่า "คล้ายโรคกระดูกพรุน"

การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ การกัดกร่อนจะรุนแรงขึ้นอย่างมากที่ศักย์ไฟฟ้าสูง (>4.3 V) และอุณหภูมิสูง (>55 °C) ไอออน Al³⁺ ที่ละลายอยู่สามารถเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังด้านแอโนด ซึ่งจะเข้าร่วมในปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การเสื่อมสภาพจากการสื่อสารข้ามช่องสัญญาณ" ที่เร่งการลดลงของความจุและการเพิ่มขึ้นของอิมพีแดนซ์

ความเปราะบางของเหล็กกล้าไร้สนิม นอกเหนือจากอะลูมิเนียมแล้ว งานวิจัยล่าสุดโดย Yan et al. (Nature Communications, 2026) ได้แสดงให้เห็นว่า FSI⁻ ยังสามารถทำให้ชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟบนตัวเก็บประจุไฟฟ้าเหล็กกล้าไร้สนิม (SUS) ไม่เสถียร ส่งผลให้เกิดการละลายของโลหะอย่างรุนแรงภายใต้สภาวะการหมุนเวียนแรงดันสูง

2.2 ต้นทุนการผลิตสูง

LiFSI ยังคงมีราคาแพงกว่า LiPF₆ อย่างมาก ณ ปลายปี 2025 ราคาตลาดของ LiFSI อยู่ที่ประมาณ 250,000 หยวน/ตัน (เทียบเท่าประมาณ 25 ดอลลาร์สหรัฐ/กิโลกรัม ในปริมาณมาก) ซึ่งสูงกว่า LiPF₆ (ประมาณ 130,000 หยวน/ตัน) ประมาณสองเท่า ต้นทุนการผลิตอยู่ระหว่าง 120,000 ถึง 200,000 หยวน/ตัน โดยมีปัจจัยขับเคลื่อนดังนี้:

• กระบวนการสังเคราะห์ที่ซับซ้อนหลายขั้นตอน ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาฟลูออริเนชัน ซัลโฟเนชัน และอิมิเดชัน พร้อมข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ที่เข้มงวด

• ผลผลิตโดยรวมต่ำ เนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียงและความยากลำบากในการกำจัดสิ่งเจือปนในปริมาณเล็กน้อย (เช่น คลอไรด์ตกค้าง ความชื้น)

• ค่าใช้จ่ายในการบำบัดสิ่งแวดล้อมสูง ประมาณ 10,000 หยวนต่อตัน เนื่องจากมีสารประกอบฟลูออรีนและน้ำเสียที่เป็นกรดเป็นผลพลอยได้

ในสูตรอิเล็กโทรไลต์ที่ LiFSI เป็นส่วนประกอบที่มีสัดส่วนเพิ่มขึ้นในส่วนประกอบของเกลือ (โดยเฉพาะอิเล็กโทรไลต์สำหรับการชาร์จเร็วบางชนิดที่ใช้ LiFSI เป็นเกลือหลัก) ต้นทุนของเกลืออาจคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 60% ของต้นทุนการผลิตอิเล็กโทรไลต์ทั้งหมด ทำให้การลดต้นทุนเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการนำไปใช้ในวงกว้าง

2.3 ความไม่เสถียรของชั้นเชื่อมต่อระหว่างแคโทดและอิเล็กโทรไลต์ (CEI) และการแตกร้าวของแคโทด

กระบวนการสลายตัวของ FSI⁻ แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจาก TFSI⁻ หรือ PF₆⁻ ภายใต้สภาวะออกซิเดชันที่ผิวแคโทด พันธะ S–F ใน FSI⁻ สามารถแตกตัวได้ ทำให้เกิดสารต่างๆ เช่น SO₂ และชิ้นส่วนฟลูออโรซัลโฟเนตต่างๆ ฟิล์ม CEI ที่เกิดขึ้นมักจะเปราะบางทางกลและให้การป้องกันไม่เพียงพอที่แรงดันไฟฟ้าสูง

Tong และคณะ (Materials Today, 2025) รายงานว่าอิเล็กโทรไลต์ชนิด LiFSI สามารถทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กในแผ่นอิเล็กโทรดแคโทด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในออกไซด์แบบชั้นที่มีนิกเกลสูง (NMC811, NCA) รอยแตกเหล่านี้ทำให้พื้นผิวแคโทดสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์โดยตรง ส่งผลให้เกิดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง การละลายของโลหะทรานซิชัน และการเพิ่มขึ้นของอิมพีแดนซ์ ซึ่งเป็นวงจรการเสื่อมสภาพที่เร่งตัวขึ้นเอง

2.4 พฤติกรรมการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมในระบบชาร์จเร็ว

แม้ว่า LiFSI เองจะมีเสถียรภาพทางความร้อน (เริ่มสลายตัวที่อุณหภูมิ >200 °C) แต่พฤติกรรมการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมของระบบอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ LiFSI นั้นแตกต่างจากสูตร LiPF₆ ทั่วไป งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน RSC Energy & Environmental Science (2025) เปิดเผยว่าหลังจากวงจรการชาร์จเร็วเป็นเวลานาน เซลล์ที่ใช้ LiFSI จะแสดงรูปแบบการสร้างความร้อนและรูปแบบการปล่อยก๊าซที่เปลี่ยนแปลงไป ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัว ซึ่งรวมถึง SO₂ และ HF มีจลนศาสตร์การปลดปล่อยที่แตกต่างกัน และขอบเขตความปลอดภัยทางความร้อนของเซลล์จะต้องได้รับการประเมินใหม่ แทนที่จะคาดการณ์จากระบบที่ใช้ LiPF₆ โดยตรง

2.5 ความท้าทายด้านความเข้ากันได้กับขั้วบวกที่ทำจากซิลิคอน

แม้ว่า LiFSI จะมีส่วนช่วยในการก่อตัวของ SEI ที่อุดมไปด้วย LiF ออร์แกนิก ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นประโยชน์ต่อความแข็งแรงเชิงกล แต่การขยายตัวของปริมาตรอย่างมหาศาลของขั้วบวกซิลิคอน (~300%) ในระหว่างกระบวนการลิเธียมไอออน ทำให้เกิดการแตกหักและการก่อตัวใหม่ของ SEI ซ้ำแล้วซ้ำเล่า ส่งผลให้มีการใช้อิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง ประสิทธิภาพคูลอมบิกเริ่มต้นต่ำ และความจุลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อใช้งานเป็นเวลานาน ปฏิสัมพันธ์ระหว่างผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของ LiFSI กับพื้นผิวซิลิคอนจำเป็นต้องมีการออกแบบอิเล็กโทรไลต์อย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้เสถียรภาพในระยะยาว

3. กลยุทธ์การปรับปรุง

3.1 การลดการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม

3.1.1 ระบบอิเล็กโทรไลต์แบบเกลือคู่และเกลือหลายชนิด

แนวทางที่พัฒนาเต็มที่ในระดับอุตสาหกรรมแล้วคือการผสมผสาน LiFSI กับ LiPF₆ ในสูตรเกลือคู่ แอนไอออน PF₆⁻ ทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกัน AlF₃ ที่จำเป็นบนตัวนำกระแสไฟฟ้าอะลูมิเนียม ในขณะที่ LiFSI ให้คุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความเสถียรทางความร้อนที่เหนือกว่า Kautz และคณะ (Journal of The Electrochemical Society, 2026) ได้แสดงให้เห็นถึงอิเล็กโทรไลต์เกลือคู่ LiFSI–LiPF₆ ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด โดยมีโครงสร้างการละลายที่ควบคุมได้ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเสถียรในการใช้งานที่ดีเยี่ยมในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ตั้งแต่ต่ำกว่าศูนย์ถึงอุณหภูมิสูง

3.1.2 สารเติมแต่งที่มีส่วนประกอบของบอเรต

เกลือลิเธียมโบเรต โดยเฉพาะอย่างยิ่งลิเธียมไดฟลูออโร(ออกซาลาโต)โบเรต (LiDFOB) และลิเธียมบิส(ออกซาลาโต)โบเรต (LiBOB) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูงในฐานะสารเติมแต่งที่ช่วยยับยั้งการกัดกร่อน สารประกอบเหล่านี้จะออกซิไดซ์ที่พื้นผิวของอะลูมิเนียมเป็นหลัก ทำให้เกิดฟิล์มป้องกันที่ช่วยป้องกันการโจมตีจาก FSI⁻ ที่น่าสนใจคือ Yan et al. (Nature Communications, 2026) แสดงให้เห็นว่าการเติม LiDFOB สามารถยับยั้งการละลายของทั้งอะลูมิเนียมและสแตนเลสในอิเล็กโทรไลต์ที่มี LiFSI เป็นส่วนประกอบได้พร้อมกัน ซึ่งเป็นกลไกการป้องกันแบบคู่

3.1.3 วิศวกรรมโครงสร้างการละลาย

แนวทางที่ลึกซึ้งกว่านั้นเกี่ยวข้องกับการปรับโครงสร้างชั้นการละลายของ Li⁺ เพื่อจำกัดการเข้าถึงของ FSI⁻ ไปยังพื้นผิว Al กลยุทธ์ต่างๆ ได้แก่:

• สารละลายอิเล็กโทรไลต์ความเข้มข้นสูง (HCEs) : ที่ความเข้มข้นของเกลือสูงมาก (>3 M) จำนวนโมเลกุลของตัวทำละลายอิสระจะลดลงอย่างมาก และแอนไอออน FSI⁻ จะจับกับ Li⁺ อย่างแน่นหนา ทำให้กิจกรรมในการกัดกร่อนอะลูมิเนียมลดลง

• ตัวทำละลายอีเทอร์ที่มีฟลูออรีน : สารเจือจางที่มีฟลูออรีน เช่น TTE (1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether) และสารทางเลือกใหม่ๆ เช่น HFTEP ช่วยลดการสลายตัวจากการออกซิเดชันของอิเล็กโทรไลต์ ในขณะเดียวกันก็ปรับเปลี่ยนสภาพแวดล้อมการละลายเพื่อปกป้องตัวเก็บประจุไฟฟ้า

• โครงสร้างการละลายแบบสองแอนไอออน : การใช้ตัวทำละลายร่วม เช่น เตตระเอทิลีนไกลคอลไดเมทิลอีเทอร์ (TEGDME) ร่วมกับ LiNO₃ แสดงให้เห็นว่าสามารถสร้างโครงสร้างการละลายแบบสองแอนไอออน Li⁺ ที่เสถียรได้ TEGDME ช่วยในการประสานงาน FSI⁻ ให้ห่างจากพื้นผิว Al ในขณะที่ LiNO₃ ช่วยเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างไอออน Li⁺ กับตัวทำละลาย และสร้างฟิล์มป้องกันที่มีไนโตรเจนสูงบนพื้นผิวโลหะลิเธียม กลยุทธ์แบบคู่ขนานนี้ทำให้สามารถรักษาความจุได้ 89.6% หลังจาก 400 รอบการใช้งานที่อุณหภูมิ 55 °C

3.1.4 สารเติมแต่งของเหลวไอออนิก

ของเหลวไอออนิกที่มีแอนไอออน เช่น DFOB⁻ และ PO₂F₂⁻ ได้รับการศึกษาเพื่อแก้ปัญหาการสูญเสียลิเธียมและการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมไปพร้อมกัน ในเซลล์โลหะลิเธียมแบบไม่มีขั้วบวกที่ทำงานที่แรงดันสูง สารเติมแต่งเหล่านี้ช่วยให้เกิดการสร้างชั้นเชื่อมต่อป้องกันบนทั้งพื้นผิวของขั้วลบและตัวเก็บกระแสไฟฟ้า

3.2 การลดต้นทุน

• การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ : กำลังมีการพัฒนาการสังเคราะห์แบบต่อเนื่อง วิธีการทำให้บริสุทธิ์ที่ดีขึ้น และกระบวนการที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อเพิ่มผลผลิตและลดการเกิดของเสีย

• การขยายขนาดและการพัฒนาห่วงโซ่อุปทาน : เมื่อกำลังการผลิตขยายตัว โดยเฉพาะในประเทศจีน ซึ่งผู้ผลิตอิเล็กโทรไลต์รายใหญ่กำลังลงทุนในสายการผลิต LiFSI คาดว่าการประหยัดจากขนาดจะช่วยลดช่องว่างราคากับ LiPF₆ ลงได้

• การผสมสูตรเกลือ : การใช้ LiFSI เป็นสารทดแทนบางส่วน (เช่น สัดส่วนโมล 20–50%) แทนที่จะใช้ทดแทนทั้งหมด จะช่วยลดต้นทุนเกลือต่อเซลล์ ในขณะที่ยังคงรักษาประโยชน์ด้านประสิทธิภาพส่วนใหญ่ไว้ได้

3.3 การรักษาเสถียรภาพของส่วนต่อประสานระหว่างแคโทดและอิเล็กโทรไลต์

3.3.1 ระบบตัวทำละลายฟลูออริเนต

ตัวทำละลายที่มีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่โดดเด่นในการเพิ่มเสถียรภาพของ CEI (สารกึ่งตัวนำไอออนิก) Liu และคณะ (Nature Energy, 2026) ได้สาธิตอิเล็กโทรไลต์ของเหลวไอออนิกที่มีฟลูออรีนแบบไฮบริด ซึ่งแคตไอออนที่มีฟลูออรีนสูงจะทำปฏิกิริยาร่วมกันกับแอนไอออนและสารเจือจางเพื่อเพิ่มเสถียรภาพในการออกซิเดชัน ทำให้สามารถใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือที่แรงดันไฟฟ้าเกิน 4.5 V

3.3.2 ระบบตัวทำละลายที่มีซัลโฟนาไมด์เป็นองค์ประกอบ

งานวิจัยเชิงลึกโดย Xue et al. (มหาวิทยาลัยซีอานเจียวตง ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials, 2025) ได้นำเสนออิเล็กโทรไลต์ซัลโฟนาไมด์ผสมที่ประกอบด้วยเกลือ LiFSI และตัวทำละลายซัลโฟนาไมด์สองชนิด โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งเพิ่มเติม อิเล็กโทรไลต์นี้ก่อตัวเป็นชั้นเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูงและอุดมไปด้วยสารอนินทรีย์บนขั้วบวกซิลิคอนในระหว่างกระบวนการลิเธียมไอออนไนเซชันครั้งแรก ภายใต้สภาวะที่รุนแรง (แรงดันตัดที่ 4.5 V ความจุต่อพื้นที่ 5 mAh cm⁻²) เซลล์แบบถุง NMC811||high-Si สามารถรักษาความจุได้ถึง 80% หลังจาก 1,150 รอบการใช้งาน เทียบกับเพียง 383 รอบการใช้งานด้วยอิเล็กโทรไลต์อุตสาหกรรมทั่วไป

3.4 การจัดการด้านความปลอดภัยทางความร้อน

• การจัดการความร้อนระดับระบบ : ระบบจัดการความร้อนของแบตเตอรี่ต้องได้รับการปรับเทียบใหม่สำหรับอิเล็กโทรไลต์แบบ LiFSI โดยคำนึงถึงอุณหภูมิเริ่มต้นของการเกิดภาวะความร้อนสูงเกิน และลักษณะการเกิดก๊าซที่แตกต่างกันของอิเล็กโทรไลต์ชนิดนี้

• การปรับแต่งสูตรอิเล็กโทรไลต์ : การปรับอัตราส่วนของตัวทำละลายและการเติมสารหน่วงไฟ (เช่น สารประกอบที่มีฟอสฟอรัส) สามารถปรับเปลี่ยนพฤติกรรมทางความร้อนได้โดยไม่กระทบต่อการนำไฟฟ้าของไอออน

• การวิเคราะห์หาค่าความร้อนด้วยวิธีเร่งอัตรา (ARC) : การทดสอบการเกิดปฏิกิริยาความร้อนอย่างครอบคลุมเฉพาะสำหรับสูตร LiFSI แต่ละสูตรนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง แทนที่จะอาศัยการคาดการณ์จากเกณฑ์มาตรฐานของ LiPF₆

3.5 การปรับปรุงความเข้ากันได้ของขั้วบวกซิลิคอน

• วิศวกรรมอิเล็กโทรไลต์สำหรับ SEI ที่แข็งแรงทนทาน : การผสมผสาน LiFSI กับเกลือร่วมและระบบตัวทำละลายที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ เพื่อสร้าง SEI ที่รองรับการขยายตัวของปริมาตร ในขณะที่ยังคงรักษาการขนส่งไอออนเอาไว้

• กลยุทธ์การเติมลิเธียมล่วงหน้าและการสร้างชั้น SEI เทียม : การเสริมปริมาณลิเธียมและการสร้างชั้นเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่นได้ทางกลล่วงหน้า สามารถชดเชยความไม่เสถียรของชั้น SEI ในช่วงเริ่มต้นที่เกี่ยวข้องกับ LiFSI บนพื้นผิวซิลิคอนได้

• วิศวกรรมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการควบคุม SEI บนขั้วบวก Si : งานวิจัยล่าสุด (OAE Publishing, EnergyZ, 2026) แสดงให้เห็นว่าการรวมเอทิลีนไกลคอลไดไกลซิดิลอีเทอร์ (EGDE) กับ LiFSI ช่วยเพิ่มการเข้าถึงของแอนไอออนโดยการปรับแต่งการประสานงานของ Li⁺ ซึ่งจะช่วยเพิ่มเสถียรภาพของ SEI บนอนุภาคซิลิคอนขนาดไมโครเมตร

4. สรุปและแนวโน้มในอนาคต

ความท้าทายที่ 1 : การกัดกร่อนของตัวเก็บประจุกระแสไฟฟ้าอะลูมิเนียม สาเหตุ : FSI⁻ ไม่สามารถสร้างชั้นป้องกันบนพื้นผิวอะลูมิเนียมได้ วิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุดในปัจจุบัน : สารประกอบเกลือคู่ LiFSI + LiPF₆ + สารเติมแต่ง LiDFOB ความพร้อม : นำไปใช้ในอุตสาหกรรมแล้ว

ความท้าทายที่ 2 : ต้นทุนการผลิตสูง สาเหตุ : กระบวนการสังเคราะห์ที่ซับซ้อน ผลผลิตต่ำ การบำบัดของเสีย แนวทางแก้ไขที่ดีที่สุดในปัจจุบัน : การขยายขนาดการผลิต + การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ + การผสมเกลือ สถานะ : อยู่ระหว่างดำเนินการ

ความท้าทายที่ 3 : ความไม่เสถียรของ CEI / การแตกร้าวของแคโทด สาเหตุ : การแตกของพันธะ S–F ที่แรงดันสูง แนวทางแก้ไขที่ดีที่สุดในปัจจุบัน : ตัวทำละลายที่มีฟลูออรีน, อิเล็กโทรไลต์ซัลโฟนาไมด์ ความสมบูรณ์ : การตรวจสอบโดยห้องปฏิบัติการ

ความท้าทายที่ 4 : ความเสี่ยงจากการเกิดปฏิกิริยาความร้อนสูงเกินควบคุม สาเหตุ : การเปลี่ยนแปลงเส้นทางการสลายตัวภายใต้การชาร์จอย่างรวดเร็ว แนวทางแก้ไขที่ดีที่สุดในปัจจุบัน : การจัดการความร้อนระดับระบบ + การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของ ARC สถานะ : ระยะเริ่มต้น

ความท้าทายที่ 5 : ความไม่เข้ากันของขั้วแอโนด Si สาเหตุ : การแตกร้าวของ SEI ภายใต้การขยายตัวของปริมาตร แนวทางแก้ไขที่ดีที่สุดในปัจจุบัน : สารละลายอิเล็กโทรไลต์ซัลโฟนาไมด์ผสม, สารเติมแต่ง EGDE ความสมบูรณ์ : การตรวจสอบโดยห้องปฏิบัติการ

ทิศทางการวิจัย LiFSI กำลังเปลี่ยนจากวิธีการบรรเทาปัญหาแบบเชิงรับ (การป้องกันโดยใช้สารเติมแต่ง) ไปสู่การออกแบบโมเลกุลเชิงรุก — การปรับแต่งโครงสร้างการละลาย การประสานงานของแอนไอออน และเคมีของส่วนต่อประสาน เพื่อกำจัดสภาวะที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนและความไม่เสถียรอย่างแท้จริง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการคิดค้นสูตรอิเล็กโทรไลต์และการขยายขนาดการผลิต LiFSI กำลังเปลี่ยนจากสารเติมแต่งระดับสูงสำหรับระบบชาร์จเร็วไปสู่เกลือลิเธียมหลักรุ่นใหม่ที่มีศักยภาพ

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า มีแนวโน้มว่าจะเห็นการบรรจบกันของสามแนวโน้ม ได้แก่ (1) การพัฒนาสูตรเกลือคู่และเกลือหลายชนิดที่สมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ (2) การเกิดขึ้นของระบบตัวทำละลายใหม่ (ซัลโฟนาไมด์ อีเทอร์ฟลูออริเนต ของเหลวไอออนิก) ที่แก้ไขปัญหา CEI และการกัดกร่อนที่ต้นกำเนิดระดับโมเลกุล และ (3) การลดต้นทุนการผลิต LiFSI อย่างต่อเนื่องผ่านนวัตกรรมกระบวนการและการขยายกำลังการผลิต การพัฒนาเหล่านี้ร่วมกันทำให้ LiFSI เป็นศูนย์กลางของวิวัฒนาการครั้งสำคัญต่อไปในเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลต์แบตเตอรี่ลิเธียม

เอกสารอ้างอิง

[E1] Yan, P. และคณะ "กลไกและการบรรเทาการละลายของเหล็กกล้าไร้สนิมในอิเล็กโทรไลต์ LiFSI" Nature Communications , 2026

[E2] Liu, Q. และคณะ "อิเล็กโทรไลต์ของเหลวไอออนิกฟลูออริเนตแบบไฮบริดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแรงดันสูง" Nature Energy , 2026

[E3] Kautz, DJ และคณะ "อิเล็กโทรไลต์ LiFSI–LiPF₆ ขั้นสูงสำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิกว้างและการชาร์จเร็ว" วารสารสมาคมอิเล็กโทรเคมี , 2026

[E4] Tong, L. และคณะ "การเพิ่มขึ้นของลิเธียมบิส(ฟลูออโรซัลโฟนิล)อิไมด์: เกลือลิเธียมที่มีประสิทธิภาพสำหรับแบตเตอรี่รุ่นต่อไป" Materials Today , 2025

[E5] Zhang, M. และคณะ "ความท้าทาย กลยุทธ์ และโอกาสในส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์ของแข็งและอิเล็กโทรด" EnergyZ (สำนักพิมพ์ OAE) , 2026

[E6] Chen, Y. และคณะ "เคมีของการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมในแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแรงดันสูงที่มีอิเล็กโทรไลต์อีเทอร์แบบ LiFSI" ACS Applied Materials & Interfaces , 2024

[E7] Jang, T. และคณะ "ผลกระทบของโครงสร้างการละลายของ Li⁺ ต่อการกัดกร่อนของอะลูมิเนียมในอิเล็กโทรไลต์อีเทอร์ฟลูออริเนต" PubMed , 2025

[E8] Scheer, KM และคณะ "การละลายของขั้วบวกของตัวเก็บกระแสอะลูมิเนียมในเซลล์ลิเธียมไอออนที่มี LiFSI, LiPF₆ และ LiBF₄" วารสารของสมาคมเคมีไฟฟ้า , 2025

[E9] Xue, W. และคณะ "อิเล็กโทรไลต์ซัลโฟนาไมด์ผสมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีอายุการใช้งานยาวนาน" Advanced Materials , 2025

[E10] "กลไกการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบชาร์จเร็วโดยใช้อิเล็กโทรไลต์แบบ LiFSI" RSC Energy & Environmental Science , 2025

[E11] Zhang, SS "การเปิดเผยความลับของ LiFSI ในฐานะเกลือเดี่ยวในอิเล็กโทรไลต์ความเข้มข้นต่ำถึงปานกลาง" วารสารเคมีพลังงาน , 2022

[E12] "วิวัฒนาการของอิเล็กโทรไลต์: เส้นทางจากโครงสร้างการละลายไปสู่แบตเตอรี่รุ่นต่อไป" Nano-Micro Letters (Springer) , 2026

[E13] "วิศวกรรมอิเล็กโทรไลต์สำหรับการควบคุม SEI บนขั้วบวก Si ในแบตเตอรี่ลิเธียม" EnergyZ (OAE Publishing) , 2026

การออกแบบอินเทอร์เฟซแรงดันต่ำและทนทานสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตทซัลไฟด์

2026-09-22 | Jerry Huang

หมายเหตุจากบรรณาธิการ: เมื่อวันที่ 21 เมษายน 2569 ทีมงานของศาสตราจารย์ Xueliang Sun และ Changhong Wang จากสถาบันเทคโนโลยีตะวันออก หนิงโป ได้ตีพิมพ์บทความวิจัยเรื่อง "อินเตอร์เฟซอิลาสโตเมอร์ไอออนิกสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบทนทานและแรงดันต่ำ" ในวารสาร Advanced Energy Materials งานวิจัยนี้เสนอแนวทางการสร้างอินเตอร์เฟซอิลาสโตเมอร์นำไฟฟ้าไอออนิก ซึ่งสร้างอินเตอร์เฟซแบบผสมที่รวมความยืดหยุ่นเชิงกลเข้ากับการนำไฟฟ้าไอออนิก ทำให้แบตเตอรี่โซลิดสเตท (ASSBs) สามารถทำงานได้อย่างเสถียรภายใต้แรงดันภายนอกต่ำ อิลาสโตเมอร์ไอออนิกที่ออกแบบมานี้ ประกอบด้วย SIBS (โคพอลิเมอร์บล็อกสไตรีน-ไอโซบิวทิลีน-สไตรีน) และ LiTFSI-G3 (ลิเธียมบิส(ไตรฟลูออโรเมทานซัลโฟนิล)อิไมด์ที่มีไตรไกลมีน) แสดงประสิทธิภาพโดยรวมที่โดดเด่น ได้แก่ ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่อุณหภูมิห้อง 0.3 mS cm⁻¹ ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตสูงถึง 5.23 mS cm⁻¹ ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำที่ 29.8 MPa และเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม (≥400 °C) ด้วยการออกแบบส่วนต่อประสานนี้ แบตเตอรี่จึงให้ความจุเริ่มต้น 200 mAh g⁻¹ ที่แรงดันสแต็กต่ำเพียง 5 MPa และสามารถใช้งานได้อย่างเสถียรมากกว่า 700 รอบที่อัตรา 1C ซึ่งเป็นผลมาจากความพยายามของนักวิจัยในการนำเสนอวิธีแก้ปัญหาที่สำคัญเกี่ยวกับการปรับปรุงส่วนต่อประสานใน ASSB ที่ใช้ซัลไฟด์เป็นส่วนประกอบ

เชิงนามธรรม

แบตเตอรี่โซลิดสเตท (ASSB) มีศักยภาพสูงในฐานะระบบจัดเก็บพลังงานรุ่นใหม่ เนื่องจากมีความหนาแน่นพลังงานสูงและความปลอดภัยโดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม การใช้งานจริงนั้นถูกจำกัดด้วยความจำเป็นต้องใช้แรงดันภายนอกสูง (โดยทั่วไปหลายสิบเมกะปาสคาล) เพื่อรักษาการสัมผัสระหว่างของแข็งกับของแข็ง และรับประกันเสถียรภาพในการใช้งานระยะยาว ในที่นี้ เราได้รายงานเกี่ยวกับอิลาสโตเมอร์ไอออนิกที่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้การทำงานของ ASSB มีเสถียรภาพภายใต้แรงดันภายในที่ลดลงอย่างมาก อิลาสโตเมอร์นี้ผสมผสานเมทริกซ์พอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นเชิงกลเข้ากับเฟสที่นำไฟฟ้าไอออนิก ทำให้ได้ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงที่อุณหภูมิห้อง (0.3 mS cm−1) ค่าโมดูลัสความยืดหยุ่นต่ำ (29.8 MPa) เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม (≥400°C) และความเข้ากันได้ทางเคมีสูงกับอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตท (SSE) ที่ใช้ซัลไฟด์ เมื่อรวมเข้ากับ SSE ซัลไฟด์แล้ว สารประกอบนี้แสดงค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่อุณหภูมิห้องที่น่าทึ่งถึง 5.23 mS cm−1 การนำวัสดุคอมโพสิตนี้ไปผสมในแบตเตอรี่โซลิดสเตท (ASSB) ที่มีแคโทดนิกเกลสูง (Ni ≥ 90%) ทำให้ได้ความจุเริ่มต้น 200 mAh g−1 ที่อัตรา 0.05C และเสถียรภาพในการใช้งานที่ยอดเยี่ยมกว่า 700 รอบการชาร์จ/คายประจุที่อัตรา 1C ภายใต้แรงดันต่ำเพียง 5 MPa กลยุทธ์อิลาสโตเมอร์ไอออนิกนี้ช่วยลดการเสื่อมสภาพทางกลไฟฟ้าเคมี ขจัดความต้องการแรงดันสูง และเป็นแนวทางที่สามารถขยายขนาดได้เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตทที่ใช้งานได้จริงและทนทาน

เรามาทบทวนความท้าทายในปัจจุบันเกี่ยวกับส่วนต่อประสานระหว่างของแข็งกับของแข็งใน ASSB ที่ใช้ซัลไฟด์กัน:

ปัญหาการสัมผัสระหว่างของแข็งกับของแข็งในแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบใช้ซัลไฟด์นั้นเกิดจากความไม่สามารถของของแข็งในการ "เปียก" และยึดเกาะกันอย่างสม่ำเสมอเหมือนกับอิเล็กโทรไลต์เหลว ส่งผลให้การสัมผัสไม่ดี เกิดปฏิกิริยาที่ส่วนต่อประสานมากเกินไป และเกิดรอยแตก นี่เป็นอุปสรรคที่สำคัญที่สุดในการเปลี่ยนผ่านแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบใช้ซัลไฟด์จากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตจำนวนมาก ความท้าทายเฉพาะสามารถแบ่งออกได้เป็นสามประเภท ได้แก่ การสัมผัสทางกายภาพที่บกพร่อง ปฏิกิริยาข้างเคียงทางเคมี และความล้มเหลวทางกล

หนึ่ง. การสัมผัสทางกายภาพที่ไม่ดี — "วงจรเปิด" ของเส้นทางไอออน

การสัมผัสแบบจุด : อนุภาคของแคโทดและอิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็ง เมื่อผสมกันแล้ว จะสามารถสัมผัสกันได้เพียงแบบจุดต่อจุดเท่านั้น โดยมีช่องว่างระหว่างพื้นผิวจำนวนมาก ส่งผลให้ช่องทางการขนส่งลิเธียมไอออนถูกปิดกั้น และมีความต้านทานระหว่างพื้นผิวสูง

ไม่มีความสามารถในการซ่อมแซมตัวเอง : ในแบตเตอรี่เหลว สารละลายอิเล็กโทรไลต์จะไหลไปเติมเต็มช่องว่างเมื่อขั้วไฟฟ้าขยายและหดตัว แต่เมื่อส่วนต่อประสานระหว่างของแข็งกับของแข็งหลุดออก การตัดขาดนั้นจะเป็นถาวร

สอง. ปฏิกิริยาเคมีข้างเคียงจำนวนมาก — การ "เป็นพิษ" ที่บริเวณรอยต่อ

ด้านแคโทด : ภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูง อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์มีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันและทำปฏิกิริยากับวัสดุแคโทด ทำให้เกิดชั้นเชื่อมต่อที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่ำ (เช่น Li₂S, P₂Sₓ) นอกจากนี้ยังเกิด "ชั้นประจุอวกาศ" ขึ้นด้วย โดยไอออนลิเธียมจะถูกใช้ไปจนหมดที่บริเวณรอยต่อ คล้ายกับกรณีที่มีการจำกัดความเร็วอย่างกะทันหันบนทางหลวง ทำให้ค่าความต้านทานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ด้านแอโนด : เมื่อสัมผัสกับโลหะลิเธียม ปฏิกิริยารีดักชันจะเกิดขึ้นได้ง่าย ทำให้เกิดผลพลอยได้ที่มีความต้านทานสูง และส่งเสริมการเติบโตของเดนไดรต์ลิเธียมตามขอบเกรน ซึ่งสามารถแทรกซึมเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์และทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรได้

สาม. ความเสียหายทางกลไก — "การแตกหัก" หลังจากการใช้งาน

การเปลี่ยนแปลงปริมาตร : ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุ วัสดุอิเล็กโทรดจะเกิดการขยายตัวและหดตัว (ขั้วบวกซิลิคอนสามารถบวมได้มากกว่า 300%) หลังจากใช้งานไปหลายร้อยรอบ พื้นผิวสัมผัสระหว่างของแข็งกับของแข็งจะแตกและหลุดลอก ทำให้ความจุลดลงอย่างมาก

ข้อกำหนดสำหรับแรงดันภายนอก : ในห้องปฏิบัติการ สามารถรักษาการสัมผัสระหว่างพื้นผิวได้โดยการใช้แรงดันภายนอกหลายสิบถึงหลายร้อยเมกะปาสคาล อย่างไรก็ตาม ระบบเพิ่มแรงดันดังกล่าวไม่สามารถนำไปใช้ในยานพาหนะได้ การทำให้เกิดการสัมผัสที่เสถียรภายใต้แรงดันศูนย์หรือต่ำในระหว่างการผลิตจำนวนมากยังคงเป็นความท้าทายทางวิศวกรรมที่ยากลำบาก

ที่สำคัญคือ อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์มีความไวต่อความชื้นอย่างมาก การสัมผัสกับน้ำจะปล่อยก๊าซ H₂S ที่เป็นพิษออกมา ดังนั้นกระบวนการผลิตทั้งหมดจึงต้องดำเนินการภายใต้บรรยากาศเฉื่อยหรือสภาวะจุดน้ำค้างต่ำมาก ซึ่งยิ่งเพิ่มความยากลำบากในการออกแบบส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุ

อ้างอิง

https://doi.org/10.1002/aenm.202504652

อิเล็กโทรไลต์ที่ออกแบบใหม่ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมมีความหนาแน่นพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg

2026-03-27 | Jerry Huang

หมายเหตุจากบรรณาธิการ: วัสดุที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่เปิดโอกาสให้เกิดอิเล็กโทรไลต์แบบใหม่ที่ช่วยให้แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแบบถุงสามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg ที่อุณหภูมิห้อง และประมาณ 400 Wh/kg ที่ -50 °C เกลือลิเธียม LiFSI มีบทบาทเชิงบวกอย่างมากในการออกแบบอิเล็กโทรไลต์ ขอขอบคุณอย่างยิ่งสำหรับการวิจัยและแนวทางที่ยอดเยี่ยมของนักวิชาการ Jun Chen และทีมงาน Qing Zhao จากมหาวิทยาลัยหนานไค การวิจัยของพวกเขานำมาซึ่งความแตกต่างและแรงบันดาลใจอะไรบ้าง? มาดูกัน

เชิงนามธรรม

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา ตัวทำละลายอิเล็กโทรไลต์สำหรับอุปกรณ์ทางเคมีไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ลิแกนด์ที่มีออกซิเจน (O) และไนโตรเจน (N) เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งปฏิกิริยาระหว่างไดโพลกับไอออน (Li+, Na+ และอื่นๆ) มักเป็นพื้นฐานของการแตกตัวและการเคลื่อนที่ของไอออน แต่กลับขัดขวางกระบวนการถ่ายโอนประจุที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์กับอิเล็กโทรด ในที่นี้ เราได้สังเคราะห์อัลเคนที่มีโครงสร้างโมโนฟลูออริเนต และแสดงให้เห็นว่าลิแกนด์ที่มีฟลูออรีน (F) เป็นองค์ประกอบหลัก ซึ่งมีการออกแบบให้เกิดการกีดขวางทางสเตอริกและความเป็นเบสแบบลูอิส ช่วยให้สามารถละลายเกลือได้มากกว่า 2 โมล/ลิตร ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์ลิเธียมไอออนต่างๆ อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ 1,3-ไดฟลูออโรโพรเพน (DFP) เป็นส่วนประกอบหลักนั้นมีคุณสมบัติที่เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงและใช้งานที่อุณหภูมิต่ำ ได้แก่ ความหนืดต่ำ (0.95 cp) ความเสถียรต่อการออกซิเดชันสูง (>4.9 V) และค่าการนำไฟฟ้าไอออน 0.29 mS/cm ที่อุณหภูมิ −70 °C การรวมอะตอม F เข้าไปในชั้นการละลายรอบแรก ช่วยให้การประสานงานระหว่าง F–Li+ ที่อ่อนแอเกิดขึ้นได้ง่ายขึ้น ทำให้กระบวนการชุบ/ลอกลิเธียมเกิดขึ้นได้ โดยมีประสิทธิภาพคูลอมบ์ (CE) สูงถึง 99.7% และความหนาแน่นกระแสแลกเปลี่ยนสูงกว่าการประสานงานระหว่าง O–Li+ ที่อุณหภูมิ −50 °C ถึงหนึ่งเท่า อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ยังช่วยให้เซลล์ลิเธียมโลหะแบบถุงสามารถทำงานได้โดยใช้ปริมาณอิเล็กโทรไลต์น้อยกว่า 0.5 g/Ah ทำให้ได้ความหนาแน่นพลังงานมากกว่า 700 Wh/kg ที่อุณหภูมิห้อง และประมาณ 400 Wh/kg ที่อุณหภูมิ −50 °C อิเล็กโทรไลต์ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFC) ในงานวิจัยนี้เป็นแนวทางที่เป็นไปได้ในการสร้างระบบทางเคมีไฟฟ้าที่เหนือกว่าเคมีเชิงการประสานงานแบบดั้งเดิม

อ้างอิง

https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6

ข่าวล่าสุด: ชาร์จเต็มใน 5 นาที! เปิดตัวแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบปรับขนาดได้ ที่งาน CES 2026

2026-01-07 | Jerry Huang

ข่าวจากงานแสดงสินค้าอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (CES) 2026 ที่ลาสเวกัส บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติฟินแลนด์ Donut Lab ได้นำเสนอผลิตภัณฑ์ "ไฮเทค" สุดล้ำของตนในงาน CES ประจำปี โดยบริษัทนี้อ้างว่าแบตเตอรี่ของตนเป็นแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตททั้งหมด (ASSB) ที่ผลิตในปริมาณมากเป็นครั้งแรกของโลก ในงาน CES 2026 Donut Lab ได้ประกาศเปิดตัวสิ่งที่พวกเขาเรียกว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบเต็มรูปแบบรุ่นแรกของโลก ซึ่งพร้อมสำหรับการผลิตในระดับ OEM และจะเป็นแบตเตอรี่ชนิดแรกที่จะนำไปใช้กับรถจักรยานยนต์รุ่น TS Pro และ Ultra ของ Verge Motorcycles หากสามารถส่งมอบให้กับลูกค้าได้จริง นี่จะเป็นก้าวสำคัญในเส้นทางการใช้พลังงานไฟฟ้าทั่วโลก โดยเป็นการบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนผ่านของเทคโนโลยีโซลิดสเตทจากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตจำนวนมาก ในข่าวประชาสัมพันธ์บนเว็บไซต์อย่างเป็นทางการ Donut Lab ระบุว่า บริษัทมุ่งมั่นที่จะคิดค้นและนำเสนอโซลูชันด้านการใช้พลังงานไฟฟ้าแบบใหม่ๆ โดยผลักดันขีดจำกัดด้านประสิทธิภาพของยานยนต์ไฟฟ้าอย่างไม่หยุดยั้ง และนำเทคโนโลยีใหม่ๆ สู่ตลาด Donut Lab กำลังกำหนดอนาคตของการคมนาคมขนส่ง “ขณะนี้ Donut Lab รู้สึกเป็นเกียรติอย่างยิ่งที่ได้เปิดตัวแบตเตอรี่โซลิดสเตทตัวแรกของโลกที่สามารถนำไปใช้ในการผลิตยานยนต์ OEM ได้ แบตเตอรี่โซลิดสเตทของ Donut Lab จะถูกนำไปใช้งานเชิงพาณิชย์ทันที เพื่อให้พลังงานแก่รถจักรยานยนต์ Verge รุ่นปัจจุบัน”

จากรายงานระบุว่า แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตททั้งหมดของ Donut Lab มีความหนาแน่นพลังงาน 400 Wh/kg ทำให้สามารถวิ่งได้ไกลขึ้น โครงสร้างเบาลง และมีความยืดหยุ่นอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนในการออกแบบยานยนต์และผลิตภัณฑ์

แบตเตอรี่สามารถชาร์จจนเต็มได้ในเวลาเพียง 5 นาที โดยไม่จำเป็นต้องจำกัดการชาร์จไว้ที่ 80% และรองรับการคายประจุจนหมดอย่างปลอดภัย ซ้ำได้ และเชื่อถือได้

แตกต่างจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทนี้มี “การลดลงของความจุเพียงเล็กน้อย” ตลอดอายุการใช้งาน มีการอ้างว่าผ่านการทดสอบแล้วว่าสามารถชาร์จได้ถึง 100,000 รอบ ซึ่งให้อายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าเทคโนโลยีที่มีอยู่เดิมมาก ความปลอดภัยเป็นอีกคุณสมบัติหลักของแบตเตอรี่นี้: ไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ติดไฟได้ ไม่มีปฏิกิริยาความร้อนสูงเกินไป และไม่มีเดนไดรต์โลหะ! สิ่งนี้ช่วยขจัดสาเหตุของการเกิดไฟไหม้แบตเตอรี่ได้อย่างสิ้นเชิง ทำให้มีความปลอดภัยสูงและเป็นการปฏิวัติวงการอย่างแท้จริง Donut Lab ระบุว่าประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ได้รับการทดสอบอย่างเข้มงวดในอุณหภูมิที่ตั้งแต่ -30 ถึงมากกว่า 100 องศาเซลเซียส (โดยยังคงรักษาความจุได้ 99 เปอร์เซ็นต์ “โดยไม่มีสัญญาณของการติดไฟหรือการเสื่อมสภาพ”)

ในแง่ของวัตถุดิบและต้นทุน Donut Lab ระบุว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตทของตนผลิตจาก “วัสดุที่หาได้ง่าย ราคาไม่แพง และปลอดภัยในเชิงภูมิรัฐศาสตร์” โดยปราศจากธาตุหายาก และมีต้นทุนต่ำกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อย่างไรก็ตาม Donut Lab ไม่ได้ระบุวัสดุเฉพาะที่จำเป็นในการผลิตเซลล์แบตเตอรี่โซลิดสเตททั้งหมดของตน

แอนทวน กู๊ดวิน นักข่าวอาวุโสในวงการยานยนต์ ได้มีโอกาสสัมผัสกับแบตเตอรี่โซลิดสเตทรุ่นใหม่ของ Donut Lab อย่างใกล้ชิดในงาน CES ปีนี้ จากการแนะนำของเขา แบตเตอรี่รุ่นนี้มีขนาดใกล้เคียงกับสมาร์ทโฟนหน้าจอใหญ่ (เช่น iPhone 17 Pro Max) และมีน้ำหนักเบามาก แบตเตอรี่น้ำหนักเบาพิเศษนี้จะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในโดรนในอนาคต

ตามแผนของ Donut Lab บริษัทจะสร้างโซลูชันเพื่อรวมแบตเตอรี่เหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นหน่วยพลังงานขนาดใหญ่ขึ้น 5 kWh โดยแต่ละหน่วยจะมีขนาดใกล้เคียงกับเครื่องเล่นเกม PS5 ขนาดที่เล็กนี้จะช่วยให้สามารถติดตั้งหน่วยพลังงานดังกล่าวได้ถึงสี่หน่วยในโครงของรถจักรยานยนต์ Verge TS Pro การออกแบบที่ก้าวล้ำนี้ได้รับประโยชน์จากมอเตอร์ไฟฟ้าทรงกลมที่รวมอยู่ในล้อ ซึ่ง Donut Lab ได้ประกาศไปเมื่อปีที่แล้ว เมื่อวันจันทร์ที่ผ่านมา Donut Lab และ Verge Motorcycles ประกาศว่ารถจักรยานยนต์ Verge จะเป็นยานพาหนะที่ผลิตในปริมาณมากเป็นครั้งแรกของโลกที่ติดตั้งแบตเตอรี่ใหม่นี้ รถจักรยานยนต์รุ่นนี้ใช้เวลาในการชาร์จเพียง 10 นาที และสามารถวิ่งได้ไกลถึง 60 กิโลเมตรต่อนาที ส่วนรุ่น Verge Ultra สามารถวิ่งได้ไกลถึง 600 กิโลเมตรต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง แบตเตอรี่นี้มีอายุการใช้งาน 100,000 รอบการชาร์จ ซึ่งเทียบเท่ากับระยะทางรวมทางทฤษฎี 60 ล้านกิโลเมตร แม้จะขับขี่เพียง 60,000 กิโลเมตรต่อปี แบตเตอรี่นี้ก็สามารถใช้งานได้นานถึง 1,000 ปี หลายคนอาจมองว่า “เป็นเรื่องที่เหลือเชื่อเกินไป”

“Donut Lab ได้คิดค้นแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทประสิทธิภาพสูงรุ่นใหม่ ที่สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก และได้เห็นการใช้งานจริงแล้วในรถจักรยานยนต์ Verge Motorcycles ในไตรมาสที่ 1 ปี 2026” ราคาเริ่มต้นของ Verge TS Pro อยู่ที่ 29,900 ดอลลาร์สหรัฐ นอกจากจะนำไปใช้ในรถจักรยานยนต์ไฟฟ้าแล้ว แบตเตอรี่โซลิดสเตทก็ดูมีอนาคตที่สดใสกว่ามากในการนำไปใช้กับรถยนต์ไฟฟ้า กู๊ดวินกล่าวว่าข้อดีของเทคโนโลยีนี้จะเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในรถยนต์ขนาดใหญ่ การลดน้ำหนักและความเร็วในการชาร์จที่เพิ่มขึ้นจะส่งผลให้การใช้งานมีประสิทธิภาพมากขึ้นเป็นสองเท่า เมื่อวันจันทร์ที่ผ่านมา โดนัทแล็บได้ประกาศว่าจะร่วมมือกับบริษัทรถยนต์ไฟฟ้า WattEV เพื่อสร้างแพลตฟอร์มรถยนต์ไฟฟ้าแบบโมดูลาร์น้ำหนักเบาพิเศษที่ผสมผสานเทคโนโลยีมอเตอร์และแบตเตอรี่ของโดนัทเข้าด้วยกัน

มาร์โก เลห์ติแมกิ ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของโดนัทแล็บ กล่าวว่า "แบตเตอรี่โซลิดสเตทมักถูกกล่าวว่า 'จะใช้เวลาอีกไม่กี่ปีถึงจะใช้งานได้' แต่คำตอบของเราแตกต่างออกไป แบตเตอรี่เหล่านี้พร้อมใช้งานแล้วในวันนี้ ไม่ใช่ในอนาคต"

เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้น ลองมาดูแบตเตอรี่ที่ใช้ในเชิงพาณิชย์ในปัจจุบันกัน ในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่นั้นมี "ไตรลักษณ์ที่เป็นไปไม่ได้" (Mundellian Trilemma) หรือ "สามสิ่งที่เป็นไปไม่ได้" มาโดยตลอด ซึ่งหมายถึงความยากลำบากในการสร้างสมดุลระหว่างตัวชี้วัดหลักสามประการของแบตเตอรี่ (ประสิทธิภาพ ต้นทุน และความปลอดภัย) การเพิ่มประสิทธิภาพในด้านใดด้านหนึ่งมักต้องแลกมาด้วยการเสียสละอีกด้านหนึ่ง หรืออาจถึงสองด้านด้วยซ้ำ

เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ชั้นนำมีความหนาแน่นพลังงานประมาณ 250 ถึง 300 Wh/kg โดยมีอายุการใช้งานโดยทั่วไปประมาณ 5000 รอบการชาร์จ เพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ มักไม่แนะนำให้ชาร์จเกิน 80% หากคุณสมบัติทั้งหมดของแบตเตอรี่โดนัทเป็นจริง มันก็เหนือกว่าเทคโนโลยีที่มีอยู่เดิมในทุกด้านอย่างแท้จริง

ผู้ผลิตแบตเตอรี่รายอื่น ๆ มีความคืบหน้าอย่างไรบ้าง? พวกเขามีแผนอย่างไรสำหรับการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบโพลีเมอร์ (ASSB) ในปริมาณมาก? ซันโวด้าประกาศเมื่อเดือนตุลาคม 2025 เกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตทแบบโพลีเมอร์รุ่นใหม่ที่มีความหนาแน่นพลังงาน 400 Wh/kg ซึ่งมีอายุการใช้งานเพียง 1200 รอบการชาร์จ แบตเตอรี่ซูเปอร์เชนซิงรุ่นที่สองที่ CATL เปิดตัวในเดือนเมษายน 2025 ก็ได้วางจำหน่ายแล้วเช่นกัน โดยมีระยะทางการวิ่ง 520 กิโลเมตรต่อการชาร์จ 5 นาที ส่วนแบตเตอรี่ LFP รุ่นที่ห้ามีอายุการใช้งานประมาณ 3000 รอบการชาร์จขึ้นไป

เดิมทีโตโยต้ามีแผนจะเริ่มการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตทจำนวนมากในปี 2020 แต่ต่อมาได้เลื่อนออกไปเป็นปี 2023 จากนั้นเป็นปี 2026 และปัจจุบันกำหนดไว้ที่ปี 2027-2028 ส่วนซัมซุง เอสดีไอ ก็ตั้งเป้าหมายที่จะผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตทในปริมาณมากได้ในปี 2027 เช่นกัน

CATL มีแผนว่าจะเริ่มการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตทขนาดเล็กในปี 2027 และการผลิตขนาดใหญ่ประมาณปี 2030 ส่วน Hyundai และ Kia กล่าวว่าจะไม่เร็วกว่าปี 2030 Bloomberg NEF คาดการณ์ว่าแม้กระทั่งในปี 2035 แบตเตอรี่โซลิดสเตททั้งหมดก็จะมีส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกจากรถยนต์ไฟฟ้าและระบบจัดเก็บพลังงานเพียงประมาณ 10% เท่านั้น

นักลงทุนและบริษัทที่ปรึกษาต่างมองในแง่ดีต่อความต้องการลิเธียมในปี 2026

2025-12-17 | Jerry Huang

ตลาดรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกเติบโตในอัตราที่ค่อนข้าง "สมเหตุสมผล" ควบคู่ไปกับการลดลงของเงินอุดหนุนรถยนต์ไฟฟ้าทั่วโลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ส่งผลให้ความต้องการเกลือลิเธียมลดลงกว่าที่คาดการณ์ไว้ในช่วงเวลาเดียวกัน

เมื่อเร็วๆ นี้ บริษัทที่ปรึกษา Adamas Intelligence คาดการณ์ว่า เมื่อความนิยมของรถยนต์ไฟฟ้าเข้าสู่ช่วงที่ค่อนข้างคงที่ การเติบโตของความต้องการการจัดเก็บพลังงานจะกลายเป็น "ปัจจัยผันผวนที่สำคัญ" ที่จะส่งผลกระทบต่อการผลิตแบตเตอรี่ ซึ่งในที่สุดจะกำหนดความต้องการลิเธียมในปี 2026 Citigroup, UBS และ Bernstein คาดการณ์ว่าการขยายตัวของการจัดเก็บพลังงานนี้จะผลักดันให้ตลาดลิเธียมทั่วโลกขาดแคลนในปีหน้า ความต้องการลิเธียมในส่วนของการจัดเก็บพลังงานมีแนวโน้มที่จะเติบโต 55% ในปีหน้า ซึ่งสูงกว่าการเพิ่มขึ้นของรถยนต์ไฟฟ้าที่ 19% อย่างมาก

เผยเทคโนโลยีต้นทุนต่ำและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอีกตัวสำหรับการรีไซเคิลแคโทด LIB

2025-11-25 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยานยนต์ไฟฟ้า และระบบกักเก็บพลังงานไฟฟ้า ส่งผลให้ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (LIB) สูงขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ด้วยอายุการใช้งานเพียง 6-8 ปี คาดว่าแบตเตอรี่กว่า 11 ล้านตันจะหมดอายุภายในปี พ.ศ. 2573 ก่อให้เกิดแรงกดดันด้านทรัพยากรอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อน ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม และความท้าทายทางเศรษฐกิจ ปัจจุบัน วัสดุแคโทดรีไซเคิล (โดยเฉพาะออกไซด์โลหะแบบชั้น หรือ LMO) ซึ่งประกอบด้วยธาตุที่มีมูลค่าสูง เช่น ลิเธียม โคบอลต์ นิกเกิล และแมงกานีส เป็นเป้าหมายหลักของความพยายามในการรีไซเคิลเหล่านี้

นี่คืออีกหนึ่งแนวทางที่นำเสนอโดยทีม Quanquan Pang จาก PKU และทีมร่วม Jiashen Meng จาก WUT เกี่ยวกับการรีไซเคิลแคโทด LIB ที่ใช้แล้ว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง LMO ขอขอบคุณนักวิจัยทุกท่านด้วยความเคารพอย่างสูง

ที่น่าสังเกตคือ แนวทาง LTMS-ECR นี้จะประมวลผลแคโทดที่ใช้แล้วซึ่งยังติดอยู่กับตัวรวบรวมกระแสไฟฟ้าอะลูมิเนียมโดยตรง โดยไม่ต้องบดอิเล็กโทรดให้เป็น "ผงสีดำ" และลดความซับซ้อนของขั้นตอนการเตรียมการล่วงหน้าอย่างมาก

เทคโนโลยี LTMS-ECR อ้างว่ามีศักยภาพในการสร้างกำไรสูงถึง 1.86 เหรียญสหรัฐฯ ต่อกิโลกรัมในการรีไซเคิลแบตเตอรี่ใช้แล้ว เนื่องจากใช้สารอิเล็กโทรไลต์เกลือหลอมเหลวต้นทุนต่ำที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้และ Li2O ร่วมกับผลิตภัณฑ์รองที่มีมูลค่าสูงอย่าง Co3O4 และ LiCl ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่ดีขึ้นเกือบสิบเท่าเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีไพโรเมทัลลูร์จีและไฮโดรเมทัลลูร์จี

การวิเคราะห์ผลกระทบทางเทคนิค เศรษฐกิจ และสิ่งแวดล้อมแสดงให้เห็นว่า LTMS-ECR มีความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและความยั่งยืนของคาร์บอนที่โดดเด่น ประสิทธิภาพการกู้คืนที่สูง การใช้พลังงานต่ำ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ถือเป็นกระบวนการทางเคมีที่ปฏิวัติวงการสำหรับการรีไซเคิลวัสดุแคโทด

เชิงนามธรรม

การรีไซเคิลด้วยไฟฟ้าเคมี (ECR) นำเสนอกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการใช้ประโยชน์จากพลังงานหมุนเวียนเพื่อแยกโครงสร้างโลหะออกไซด์ (LMO) ที่ผ่านการใช้งานแล้ว อย่างไรก็ตาม วิธีการ ECR ในปัจจุบันจำกัดอยู่เพียงการทำงานที่อุณหภูมิสูง (สูงถึง 750 องศาเซลเซียส) โดยใช้สารละลายคาร์บอเนตหรือคลอไรด์ที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ของอัลคาไลเป็นอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งนำไปสู่การใช้พลังงานสูงสำหรับการให้ความร้อน ในที่นี้ การศึกษานี้เสนออิเล็กโทรไลต์ของสารละลายคลอโรอะลูมิเนตที่เป็นอัลคาไลที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ ประกอบด้วย AlCl3–LiCl ซึ่งทำให้สามารถอิเล็กโทรไลซิสของ ECR ได้ที่อุณหภูมิต่ำถึง 150 องศาเซลเซียส เนื่องจากตัวพาประจุ O2− ในสารละลายคลอโรอะลูมิเนตที่เป็นอัลคาไลมีความสามารถในการละลายสูง แคโทด LMO จึงผ่านกระบวนการแยกโครงสร้างแบบรีดักชันทางเคมีไฟฟ้าเพื่อให้ได้โลหะทรานซิชันธาตุและลิเธียมคลอไรด์ (LiCl) ที่สำคัญ ผลิตภัณฑ์ทั้งสองชนิดไม่ละลายในสารละลายที่เติม Li2O และสามารถแยกออกได้โดยการชะล้างด้วยน้ำที่ง่ายดาย ที่น่าสังเกตคือ การใช้ขั้วบวก TiN เฉื่อย จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส โดยการสร้างก๊าซออกซิเจนขึ้นมาใหม่ ซึ่งยิ่งส่งเสริมให้เกิดความเป็นกลางทางคาร์บอน ด้วยวิธี ECR เกลือหลอมเหลวอุณหภูมิต่ำ (LTMS-ECR) ทำให้ LiCoO2 มีอัตราการนำโคบอลต์กลับมาใช้ใหม่สูงถึง 97.3% การวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์และเทคโนโลยีคาดการณ์ว่าเทคโนโลยี LTMS-ECR ช่วยลดการใช้พลังงานและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลงประมาณ 20% และมีกำไรมากกว่าวิธีการทั่วไปเกือบสิบเท่า วิธีการนี้ถือเป็นทางเลือกใหม่ที่ปฏิวัติวงการสำหรับการรีไซเคิล LIB ที่ใช้แล้วอย่างมีประสิทธิภาพด้านพลังงาน ยั่งยืน และคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ

อ้างอิง

https://doi.org/10.1002/adma.202512984

อะไรกำลังเกิดขึ้นในตลาดลิเธียมโดยเฉพาะ LiPF6?

2025-10-31 | Jerry Huang

ในช่วงสี่เดือนที่ผ่านมา เกลือลิเธียมหลายชนิด รวมถึงเกลือพื้นฐานอย่างลิเธียมคาร์บอเนตและลิเธียมไฮดรอกไซด์ มีราคาตลาดเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด เช่นเดียวกับ LiPF6 และ LiFSI ขึ้นอยู่กับสถานการณ์อุปทานและอุปสงค์

ความต้องการลิเธียมซอลต์สำหรับกักเก็บพลังงานจากตลาดภายในประเทศเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงครึ่งหลังของปี ประกอบกับความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมที่เพิ่มขึ้นจากตลาดรถยนต์ไฟฟ้าในเดือนกันยายนและตุลาคมซึ่งเป็นช่วงที่คึกคักตามปกติ ทำให้ผู้ผลิตแบตเตอรี่มีความต้องการลิเธียมเพิ่มขึ้นอย่างมากจนเกือบเต็มกำลังการผลิต ที่น่าประหลาดใจคือความต้องการจากตลาดต่างประเทศยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ความต้องการที่แข็งแกร่งของตลาดเป็นแรงหนุนให้ราคาลิเธียมซอลต์ปรับตัวสูงขึ้น เนื่องจาก LiPF6 ยังคงเป็นเกลือหลักสำหรับอิเล็กโทรไลต์ในตลาดจีน ราคาจึงปรับตัวสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แซงหน้าราคา LiFSI ในเดือนตุลาคม 2568 ซึ่งเราเคยพบเห็นสถานการณ์เช่นนี้หลายครั้งในประวัติศาสตร์

ในทางกลับกัน การแข่งขันด้านราคาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาส่งผลให้ผู้ผลิตเกลือลิเธียมขนาดกลางและขนาดเล็กหลายรายต้องหยุดการผลิตชั่วคราว และผู้ผลิตชั้นนำบางรายก็หยุดกำลังการผลิตบางส่วนเช่นกัน โดยจะเริ่มการผลิตใหม่อีกครั้ง ซึ่งต้องใช้เวลาสองถึงสามเดือน โรงงานผลิตและกำลังการผลิตหลายแห่งที่เพิ่งวางแผนไว้ไม่ได้ดำเนินไปอย่างราบรื่นอย่างที่คาดการณ์ไว้ อุปทานเกลือลิเธียมในตลาดเริ่มตึงตัวชั่วคราวหลังจากมีกำลังการผลิตล้นตลาดมาหลายปี

เนื่องจากราคาของเกลือลิเธียมพื้นฐาน เช่น ลิเธียมคาร์บอเนตและลิเธียมไฮดรอกไซด์เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงสี่เดือนที่ผ่านมา ต้นทุนของ LiPF6 และ LiFSI จึงเพิ่มขึ้นในเวลาเดียวกันด้วย

จนถึงขณะนี้ LiPF6 เป็นเกลือลิเธียมหลักสำหรับการผลิตอิเล็กโทรไลต์ในตลาดภายในประเทศจีน ซึ่งทำให้ความต้องการมีมากกว่าเกลืออื่นๆ ในปัจจุบัน ความไม่สมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์จะยังคงเพิ่มขึ้นหรือใกล้จะสมดุลในอนาคตอันใกล้นี้หรือไม่? รอดูกันต่อไป

Poworks จำหน่ายลิเธียมคาร์บอเนตคุณภาพสูง เกรดแบตเตอรี่ ลิเธียมไฮดรอกไซด์คุณภาพสูง LiPF6 และ LiFSI ที่มีความบริสุทธิ์สูง พร้อมให้บริการอย่างเต็มที่ ติดต่อมาได้เลย

เผยโฉมวัสดุฮาไลด์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงราคาไม่แพงและมีอายุการใช้งานยาวนาน

2025-09-09 | Jerry Huang

หมายเหตุบรรณาธิการ: ในสาขาการกักเก็บพลังงาน แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดถือเป็นโซลูชันที่ดีที่สุดของเทคโนโลยีการกักเก็บพลังงานยุคใหม่ แต่การพัฒนาแบตเตอรี่เหล่านี้กลับถูกจำกัดด้วยข้อจำกัดสำคัญในวัสดุอิเล็กโทรด แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดแบบดั้งเดิม (ASSB) มักประกอบด้วยอิเล็กโทรดที่ประกอบด้วยวัสดุแอคทีฟ อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง และสารเติมแต่งที่นำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบที่ไม่แอคทีฟเหล่านี้ (ซึ่งคิดเป็น 40-50% ของปริมาตรอิเล็กโทรด) ไม่เพียงแต่ลดความหนาแน่นของพลังงานเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ด้านข้างของส่วนต่อประสานและเพิ่มความซับซ้อนในการขนส่งลิเธียมไอออน แม้ว่าการออกแบบแบบ "All-In-One" (วัสดุที่มีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้าสูง) จะสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ แต่วัสดุที่มีอยู่เดิม เช่น ออกไซด์ (ความจุต่ำ) และซัลไฟด์ (ต้นทุนสูง) กลับไม่สามารถตอบสนองความต้องการสำหรับตลาดในอนาคตได้ แฮไลด์มีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนต่ำและการนำไฟฟ้าไอออนสูง แต่กลับมีปัญหาเรื่องการนำไฟฟ้าและความหนาแน่นของพลังงานที่ไม่เพียงพอ ดังนั้น การพัฒนาวัสดุแบบครบวงจรที่ผสมผสานประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่สูง ความสามารถในการปรับขนาดได้ในราคาไม่แพง และความเสถียรเชิงกล จึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญ

นี่คือตัวอย่างที่ยอดเยี่ยม ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวสเทิร์นออนแทรีโอในแคนาดาได้นำเสนอคำตอบอันล้ำสมัยในการศึกษา Nature โดยพวกเขาได้ออกแบบวัสดุฮาไลด์ชนิดแรกของโลก คือ Li₁.₃Fe₁.₂Cl₄ ซึ่งมีคุณสมบัติซ่อมแซมตัวเองแบบไดนามิกและการผสานรวมแบบสามในหนึ่งเดียว (แคโทด/อิเล็กโทรไลต์/ตัวนำ) ด้วยปฏิกิริยารีดอกซ์ Fe²⁺/Fe³⁺ แบบกลับด้านได้ และกลไกการเปลี่ยนผ่านจากเปราะเป็นเหนียวที่เป็นเอกลักษณ์ วัสดุนี้ยังคงรักษาความจุไว้ได้ 90% หลังจาก 3,000 รอบ ทำให้มีความหนาแน่นพลังงานของอิเล็กโทรดอยู่ที่ 529.3 Wh/kg⁻¹ (สามารถปรับเพิ่มเป็น 725.6 Wh/kg⁻¹ ด้วยการออกแบบแบบคอมโพสิต) ที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้นคือ ต้นทุนเพียง 26% ของอิเล็กโทรดทั่วไป รังสีซินโครตรอนประกอบกับการจำลองอะตอม เผยให้เห็นกลไกการซ่อมแซมตัวเองที่เกิดจากการเคลื่อนตัวของเหล็กเป็นครั้งแรก! งานวิจัยนี้ไม่เพียงแต่เปิดเผยวัสดุหลักสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังนำเสนอกรณีศึกษาในระดับกระบวนทัศน์สำหรับการออกแบบแบบครบวงจรที่ผสานรวมวัสดุ กลศาสตร์ และเคมีไฟฟ้า ขอขอบคุณความพยายามอย่างยิ่งใหญ่ของนักวิจัยทุกท่าน

เชิงนามธรรม

แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดจำเป็นต้องมีการออกแบบแคโทดขั้นสูงเพื่อให้ตระหนักถึงศักยภาพด้านความหนาแน่นพลังงานสูงและความสามารถในการทำกำไร แคโทดแบบออลอินวันแบบบูรณาการ ซึ่งขจัดสารเติมแต่งตัวนำที่ไม่ใช้งานและส่วนต่อประสานที่ต่างชนิดกัน มีแนวโน้มที่จะเพิ่มพลังงานและความเสถียรอย่างมาก แต่ถูกขัดขวางโดยวัสดุที่ขาดคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ Li+/e− ความทนทานเชิงกล และเสถียรภาพเชิงโครงสร้างที่เพียงพอ ในที่นี้ เราขอเสนอ Li1.3Fe1.2Cl4 ซึ่งเป็นวัสดุฮาไลด์ที่คุ้มค่าและเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้ Li1.3Fe1.2Cl4 ใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยารีดอกซ์ Fe2+/Fe3+ แบบกลับคืนได้และการขนส่ง Li+/e− อย่างรวดเร็วภายในกรอบการทำงาน ทำให้มีความหนาแน่นพลังงานอิเล็กโทรดที่ 529.3 Wh/kg− เมื่อเทียบกับ Li+/Li ที่สำคัญ Li1.3Fe1.2Cl4 แสดงคุณสมบัติเชิงพลวัตที่เป็นเอกลักษณ์ระหว่างรอบวงจร รวมถึงการเคลื่อนตัวของ Fe เฉพาะจุดแบบกลับคืนได้และการเปลี่ยนผ่านจากเปราะไปเป็นเหนียว ซึ่งนำไปสู่พฤติกรรมการซ่อมแซมตัวเอง วิธีนี้ช่วยให้เกิดความเสถียรในการหมุนเวียนที่ยอดเยี่ยม โดยรักษาความจุไว้ได้ถึง 90% เป็นเวลา 3,000 รอบที่อัตรา 5 องศาเซลเซียส การผสมผสาน Li1.3Fe1.2Cl4 เข้ากับออกไซด์แบบชั้นที่อุดมด้วยนิกเกิล ช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเป็น 725.6 วัตต์-ชั่วโมง (กก.) ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติเชิงกลพลวัตและการแพร่กระจายอันเป็นประโยชน์ของฮาไลด์แบบออลอินวัน งานวิจัยนี้จึงสร้างฮาไลด์แบบออลอินวันให้เป็นเส้นทางสำหรับแคโทดที่มีความหนาแน่นของพลังงานและทนทานในแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบออลอินวันรุ่นใหม่

อ้างอิง

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09153-1

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์กำลังเป็นผู้ชนะในการแข่งขันแบตเตอรี่โซลิดสเตทใช่หรือไม่?

2025-09-08 | Jerry Huang

หมายเหตุจากบรรณาธิการ: แบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตทมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ 4 ประเภท ได้แก่ โพลิเมอร์ ออกไซด์ ซัลไฟด์ และเฮไลด์ ซึ่งแต่ละประเภทมีคุณสมบัติเฉพาะตัว:

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมโพลิเมอร์

แบตเตอรี่ชนิดนี้ใช้วัสดุพอลิเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งมีทั้งความยืดหยุ่นและการนำไฟฟ้าไอออนสูง ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นทางเลือกชั่วคราวสำหรับแบตเตอรี่กึ่งแข็ง นอกจากนี้ยังขึ้นรูปได้ง่าย แต่ความเสถียรในการใช้งานระยะยาวนั้นยังต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติม

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมออกไซด์

อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ซึ่งผลิตจากวัสดุอย่างเช่นลิเธียมออกไซด์ มีต้นทุนต่ำและมีความเสถียรดี แต่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนค่อนข้างต่ำ

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมซัลไฟด์

อิเล็กโทรไลต์เหล่านี้ซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็นลิเธียมซัลไฟด์ มีคุณสมบัติเด่นคือ นำไฟฟ้าได้ดีที่อุณหภูมิห้อง และเข้ากันได้ดีกับพื้นผิว ทำให้เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพทางการค้ามากที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีทั้งหมด อย่างไรก็ตาม วัสดุซัลไฟด์มีข้อเสียคือ เสถียรภาพทางเคมีต่ำ และต้นทุนการผลิตสูง

อิเล็กโทรไลต์ลิเธียมเฮไลด์

อิเล็กโทรไลต์ของแข็งประเภทเฮไลด์มีค่าการนำไฟฟ้าสูงและทนต่อการออกซิเดชัน แต่ยังคงอยู่ในระดับห้องปฏิบัติการและยังไม่ชัดเจนถึงโอกาสในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์

คุณลักษณะทั่วไป

แบตเตอรี่โซลิดสเตท (ASS) ใช้สารผงอนินทรีย์แทนอิเล็กโทรไลต์เหลวแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและความหนาแน่นของพลังงานอย่างมาก อย่างไรก็ตาม วิธีการทางเทคนิคที่แตกต่างกันนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมากในด้านต้นทุนและความพร้อมของกระบวนการ ตัวอย่างเช่น วิธีการใช้ซัลไฟด์ให้การนำไฟฟ้าสูง แต่มีเสถียรภาพทางเคมีต่ำ ในขณะที่วิธีการใช้พอลิเมอร์ก็ประสบปัญหาในด้านอายุการใช้งาน ผู้เชี่ยวชาญบางคนกล่าวว่า การผลิตแบตเตอรี่ ASS ในเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ในที่สุดจะต้องอาศัยโซลูชันจากอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ รวมถึงการตกตะกอนฟิล์มบาง การตรวจสอบความแม่นยำระดับสายการผลิต และระบบสุญญากาศ ตลอดจนโซลูชันอื่นๆ เช่น การสร้างโครงสร้างฟิล์มบางและระดับไมโครนาโน เชื่อกันว่ากระบวนการนี้จะใช้เวลาอีกเจ็ดถึงสิบปีจึงจะสำเร็จ

เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตทกำลังอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่านที่สำคัญจากต้นแบบในห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตในระดับอุตสาหกรรม ซึ่งต้องการการปรับปรุงกรอบการประเมินอย่างเป็นระบบ ในระยะห้องปฏิบัติการจะเน้นที่ตัวชี้วัดประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าเป็นหลัก (เช่น ความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งาน และความสามารถในการจ่ายกระแส) ในขณะที่เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตทในระดับอุตสาหกรรมนั้นต้องการการกำหนดเกณฑ์การประเมินแบบหลายมิติ:

1. การประเมินที่ครอบคลุมมากขึ้น: การประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมต้องคำนึงถึงปัจจัยเชิงระบบ ได้แก่ ความสามารถในการขยายขนาดและความเป็นไปได้ (รวมถึงความเข้ากันได้ของกระบวนการ การควบคุมผลผลิต ฯลฯ) ความพร้อมของห่วงโซ่อุปทาน (รวมถึงการจัดหาวัตถุดิบที่สำคัญ การสนับสนุนอุปกรณ์เฉพาะทาง ฯลฯ) และต้นทุนตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด (ครอบคลุมการจัดหาวัตถุดิบ การผลิต การรีไซเคิล ฯลฯ)

2. การเพิ่มประสิทธิภาพด้านเทคโนโลยีและต้นทุน: การพัฒนาอุตสาหกรรมต้องการความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างข้อมูลทางเทคนิคและต้นทุน รวมถึงความสมดุลแบบไดนามิกระหว่างประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าและต้นทุนการผลิต การเลือกวัสดุและความยืดหยุ่นของห่วงโซ่อุปทาน ความสมดุลระหว่างความซับซ้อนของกระบวนการผลิตและความสามารถในการขยายขนาด

3. การประเมินอย่างเป็นระบบ: การปฏิบัติตามข้อกำหนดหลัก ได้แก่ ความสม่ำเสมอในการผลิตจำนวนมาก (มาตรฐานการควบคุมคุณภาพ 6σ) การรับรองด้านความปลอดภัย (เช่น การปฏิบัติตามมาตรฐาน UL 9540A และมาตรฐานสากลอื่นๆ) และการออกแบบกำลังการผลิตของสายการผลิตเดียวที่มีกำลังการผลิต ≥2GWh เป็นต้น

ศาสตราจารย์กัวมีความเห็นที่แตกต่างออกไปเกี่ยวกับการที่โพลิเมอร์ลิเธียมจะได้รับชัยชนะในการแข่งขันแบตเตอรี่โซลิดสเตทเหนือกว่าอิเล็กโทรไลต์ลิเธียมซัลไฟด์ ลองมาดูงานวิจัยจากทีมของซิน กัวกัน ขอบคุณมากสำหรับความพยายามอย่างยิ่งยวดของนักวิจัยทุกท่าน

เชิงนามธรรม

แบตเตอรี่โซลิดสเตท (SSBs) มีศักยภาพที่จะปฏิวัติการจัดเก็บพลังงาน โดยนำเสนอความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม ในบรรดาอิเล็กโทรไลต์ของแข็งต่างๆ โพลิเมอร์โดดเด่นด้วยคุณสมบัติเฉพาะตัวที่ผสมผสานกันอย่างลงตัว ทั้งความสามารถในการแปรรูป ความยืดหยุ่นทางกล และความหลากหลายทางเคมี บทความนี้จะสำรวจว่าทำไมโพลิเมอร์จึงมีศักยภาพที่จะเป็นผู้นำในการพัฒนา SSBs เชิงพาณิชย์ ข้อดีโดยธรรมชาติของโพลิเมอร์ เช่น การสัมผัสกับอิเล็กโทรดที่ดีเยี่ยม การนำไฟฟ้าไอออนที่ปรับได้ และความเข้ากันได้กับวิธีการผลิตที่สามารถขยายขนาดได้ รวมถึงความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่โพลิเมอร์เผชิญ เช่น เสถียรภาพทางความร้อนที่จำกัด ช่วงทางเคมีไฟฟ้าที่แคบ และการเสื่อมสภาพของพื้นผิวสัมผัส จะได้รับการตรวจสอบในบทความนี้ งานวิจัยนี้เน้นย้ำถึงแนวทางแก้ไขที่เกิดขึ้นใหม่จากการวิจัยล่าสุด รวมถึงการออกแบบโมเลกุลของโพลิเมอร์ วัสดุคอมโพสิตโพลิเมอร์-เซรามิก และกลยุทธ์การพอลิเมอไรเซชันแบบในแหล่งกำเนิด ในทางตรงกันข้ามกับระบบออกไซด์และซัลไฟด์ ซึ่งเผชิญกับอุปสรรคสำคัญในด้านต้นทุน ความสามารถในการผลิต และการบูรณาการ อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้โพลิเมอร์เป็นพื้นฐานจึงเป็นเส้นทางที่สมจริงและคุ้มค่าทางเศรษฐกิจสำหรับการใช้งานในวงกว้าง ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในการออกแบบวัสดุและกระบวนการทางอุตสาหกรรม โพลิเมอร์จึงไม่เพียงแต่มีความสามารถในการแข่งขันเท่านั้น แต่ยังเป็นผู้นำในการเปลี่ยนผ่านไปสู่แบตเตอรี่โซลิดสเตทเจเนอเรชั่นใหม่ด้วย

เอกสารอ้างอิง

https://doi.org/10.1002/advs.202510481

ข่าวล่าสุด: ขั้วบวกซิลิคอนผสมโบรอนทำให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นถึง 3 เท่า

2025-06-29 |

เชิงนามธรรม

การรักษาเสถียรภาพของเฟสอินเตอร์เฟสของอิเล็กโทรไลต์แบบของแข็ง (SEI) ยังคงเป็นความท้าทายสำคัญสำหรับขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้ซิลิกอน การผสมซิลิกอนกับธาตุรอง เช่น โบรอน ได้กลายเป็นกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มดีในการปรับปรุงอายุการทำงานของขั้วบวกของซิลิกอน แต่กลไกพื้นฐานยังคงไม่ชัดเจน เพื่อแก้ไขช่องว่างของความรู้นี้ ความเข้มข้นของโบรอนมีอิทธิพลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างไรจึงได้รับการตรวจสอบอย่างเป็นระบบ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของอายุการทำงานของวงจรที่เกือบจะเป็นเอกภาพโดยมีปริมาณโบรอนสูงกว่า โดยอิเล็กโทรดที่มีโบรอนสูงนั้นมีประสิทธิภาพเหนือกว่าซิลิกอนบริสุทธิ์อย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ขั้วบวกของโลหะผสมซิลิกอน-โบรอนยังมีอายุการใช้งานตามปฏิทินยาวนานกว่าซิลิกอนบริสุทธิ์เกือบสามเท่า จากการวิเคราะห์เชิงกลไกโดยละเอียด ปัจจัยสนับสนุนอื่นๆ ถูกตัดออกอย่างเป็นระบบ และมีข้อเสนอว่าการทำให้เฉื่อยที่ปรับปรุงดีขึ้นนั้นเกิดจากไดโพลถาวรที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวของอนุภาคนาโน ไดโพลนี้ซึ่งเกิดจากโบรอนที่มีการประสานงานไม่เพียงพอและเป็นกรดลูอิสสูง จะสร้างชั้นไอออนที่มีความหนาแน่นคงที่ ซึ่งจะทำให้ส่วนต่อประสานทางเคมีไฟฟ้ามีเสถียรภาพ ลดการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ปรสิต และเพิ่มเสถียรภาพในระยะยาว ผลการวิจัยเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าภายในกรอบงาน SEI ชั้นคู่ไฟฟ้าถือเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาในการทำปฏิกิริยากับพื้นผิว ข้อมูลเชิงลึกนี้ช่วยให้สามารถหาพื้นที่พารามิเตอร์ที่ยังไม่ได้สำรวจเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแอโนดซิลิกอนในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรุ่นต่อไปได้

อ้างอิง

ภาษาไทย: https://doi.org/10.1002/aenm.202501074