Luntiang Napakahusay At Matipid na Paraan na Inilabas Para sa Pag-recycle ng LCO At Mga Ternary LIB

2023-09-16 | Jerry Huang

Tala ng editor: Ang mga bateryang Lithium-ion ay malawakang ginagamit ngayon sa iba't ibang mga elektronikong aparato, EV at grid-scale na imbakan ng enerhiya. Ang pandaigdigang pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion ay patuloy na lumalaki nang malaki. Tinatayang sa 2030, ang pandaigdigang dami ng mga ginastos na baterya ng lithium-ion ay lalampas sa 11 milyong tonelada, na magiging isang malaking pinagmumulan ng polusyon na maaaring seryosong magbanta sa kapaligiran at kalusugan ng publiko. Kasabay nito, ang lumalaking pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion ay isinasalin sa lumalaking pangangailangan para sa lithium at cobalt. Sa kabilang banda, ang nilalaman ng lithium at cobalt sa LIB cathodes ay kasing taas ng 15% at 7% wt, ayon sa pagkakabanggit, na mas mataas kaysa sa mga ores at brines. Samakatuwid, ang pagbawi ng mga elemento ng metal sa mga ginugol na LIB cathodes ay may malaking kahalagahan sa kapaligiran, panlipunan at pang-ekonomiya. Sa kasalukuyan, ang pagbawi ng mga baterya ng lithium-ion ay pangunahing nahahati sa tatlong hakbang: pretreatment, metal extraction at metal separation. Sa pagsasaliksik at pagpapaunlad ng hakbang sa pagkuha ng metal ng proseso ng pag-recycle, ang prosesong hydrometallurgical ay isa sa mga pinaka-mabubuhay na opsyon dahil sa mataas na rate ng pag-leaching ng metal at kasiya-siyang kadalisayan ng mga nakuhang produkto. Gayunpaman, ang proseso ay hindi masyadong environment friendly, o lubhang matipid, dahil ang paggamit ng mga inorganic acid ay nagdudulot ng mga mapanganib na by-product; habang ang mga organikong acid ay nangangailangan ng karagdagang mga ahente ng pagbabawas o mas mahabang oras ng reaksyon at mas mataas na temperatura para sa pagbawi ng metal.

Ang mga mananaliksik mula sa Zhong Lin Wang team ay nagdadala sa amin ng isang posibleng paraan na berde, lubos na mahusay at matipid para sa pag-recycle ng mga LIB, kabilang ang mga lithium cobalt oxide na baterya (LCO) at mga ternary lithium na baterya.

Abstract

Sa pandaigdigang kalakaran patungo sa neutralidad ng carbon, ang pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion (LIBs) ay patuloy na tumataas. Gayunpaman, ang mga kasalukuyang paraan ng pag-recycle para sa mga ginastos na LIB ay nangangailangan ng agarang pagpapabuti sa mga tuntunin ng pagiging magiliw sa kapaligiran, gastos at kahusayan. Narito kami ay nagmumungkahi ng isang mechano-catalytic na pamamaraan, na tinatawag na contact-electro-catalysis, na gumagamit ng mga radical na nabuo sa pamamagitan ng contact electrification upang isulong ang metal leaching sa ilalim ng ultrasonic wave. Ginagamit din namin ang SiO2 bilang isang recyclable catalyst sa proseso. Para sa mga baterya ng lithium cobalt (III) oxide, ang kahusayan sa leaching ay umabot sa 100% para sa lithium at 92.19% para sa cobalt sa 90 °C sa loob ng 6 na oras. Para sa mga ternary lithium na baterya, ang kahusayan sa leaching ng lithium, nickel, manganese at cobalt ay umabot sa 94.56%, 96.62%, 96.54% at 98.39% sa 70 °C, ayon sa pagkakabanggit, sa loob ng 6 na oras. Inaasahan namin na ang paraang ito ay makakapagbigay ng berde, mataas na kahusayan at pang-ekonomiyang diskarte para sa pag-recycle ng LIB, na nakakatugon sa lumalaking demand para sa mga produksyon ng LIB.

Sanggunian

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

Isang Mahusay na Berde At Matipid na Paraan na Inilabas Para sa Pagre-recycle ng Mga Baterya ng LFP

2023-09-16 | Jerry Huang

Tala ng editor: Ang mga bateryang Lithium-ion ay malawak na ngayong ginagamit sa iba't ibang mga elektronikong aparato, EV at grid-scale na imbakan ng enerhiya. Ang pandaigdigang pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion ay patuloy na lumalaki nang malaki. Tinatayang sa 2030, ang pandaigdigang dami ng mga ginastos na baterya ng lithium-ion ay lalampas sa 11 milyong tonelada, na magiging isang malaking pinagmumulan ng polusyon na maaaring seryosong magbanta sa kapaligiran at kalusugan ng publiko. Kasabay nito, ang lumalaking pangangailangan para sa mga baterya ng lithium-ion ay isinasalin sa isang lumalagong pangangailangan para sa lithium at cobalt. Sa kabilang banda, ang nilalaman ng lithium at cobalt sa LIB cathodes ay kasing taas ng 15% at 7% wt, ayon sa pagkakabanggit, na mas mataas kaysa sa mga ores at brines. Samakatuwid, ang pagbawi ng mga elemento ng metal sa mga ginugol na LIB cathodes ay may malaking kahalagahan sa kapaligiran, panlipunan at pang-ekonomiya. Sa kasalukuyan, ang pagbawi ng mga baterya ng lithium-ion ay pangunahing nahahati sa tatlong hakbang: pretreatment, metal extraction at metal separation. Sa pagsasaliksik at pagpapaunlad ng hakbang sa pagkuha ng metal ng proseso ng pag-recycle, ang prosesong hydrometallurgical ay isa sa mga pinaka-mabubuhay na opsyon dahil sa mataas na rate ng pag-leaching ng metal at kasiya-siyang kadalisayan ng mga nakuhang produkto. Gayunpaman, ang proseso ay hindi masyadong environment friendly, o lubhang matipid, dahil ang paggamit ng mga inorganic acid ay nagdudulot ng mga mapanganib na by-product; habang ang mga organikong acid ay nangangailangan ng karagdagang mga ahente ng pagbabawas o mas mahabang oras ng reaksyon at mas mataas na temperatura para sa pagbawi ng metal.

Ang mga mananaliksik mula sa pangkat ng Zhong Lin Wang ay nagdadala sa amin ng isang posibleng paraan na berde, napakahusay at matipid para sa pag-recycle ng mga LIB, lalo na ang mga baterya ng LFP.

Abstract

Ang pag-recycle ng mga lithium iron phosphate batteries (LFPs), na kumakatawan sa higit sa 32% ng pandaigdigang bahagi ng merkado ng lithium-ion battery (LIB), ay nagpapataas ng atensyon dahil sa mahahalagang mapagkukunan ng elemento at mga alalahanin sa kapaligiran. Gayunpaman, ang mga makabagong teknolohiya sa pag-recycle, na karaniwang nakabatay sa mga pamamaraan ng electrochemical o chemical leaching, ay may mga kritikal na isyu tulad ng nakakapagod na mga pamamaraan, napakalaking paggamit ng kemikal/kuryente at pangalawang polusyon. Dito, nag-uulat kami ng isang makabagong self-powered system na binubuo ng isang electrochemical LIB recycling reactor at isang triboelectric nanogenerator (TENG) para sa recycling na ginastos sa LFP. Sa electrochemical LIB recycling reactor, ang Cl−/ClO− na pares na nabuo sa electrochemically sa NaCl solution ay pinagtibay bilang redox mediator upang i-break ang LFP sa FePO4 at Li+ sa pamamagitan ng redox targeting reaction nang walang dagdag na kemikal. Bukod pa rito, ang isang TENG na gumagamit ng mga itinapon na bahagi mula sa mga LIB kabilang ang mga casing, aluminum-plastic na pelikula at kasalukuyang mga kolektor ay idinisenyo upang lubos na mabawasan ang mga pangalawang pollutant. Higit pa rito, ang TENG ay kumukuha ng enerhiya ng hangin, na naghahatid ng output na 0.21 W para sa pagpapagana ng electrochemical recycling system at pag-charge ng mga baterya. Samakatuwid, ang iminungkahing sistema para sa pag-recycle ng ginastos na LFP ay nagpapakita ng mataas na kadalisayan (Li2CO3, 99.70% at FePO4, 99.75%), mga tampok na self-powered, pinasimple na pamamaraan ng paggamot at isang mataas na kita, na maaaring magsulong ng pagpapanatili ng mga teknolohiya ng LIB.

Sanggunian

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

50C Fast-charge na Li-Ion na Baterya Gamit ang Graphite Anode

2022-11-01 |

Abstract

Ang mga baterya ng Li-ion ay pumasok sa merkado ng de-kuryenteng sasakyan na may mataas na densidad ng enerhiya, ngunit nagdurusa pa rin sila sa mabagal na kinetics na limitado ng graphite anode. Dito, idinisenyo ang mga electrolyte na nagpapagana ng extreme fast charging (XFC) ng isang microsized graphite anode na walang Li plating. Ang komprehensibong characterization at simulation sa diffusion ng Li+ sa bulk electrolyte, charge-transfer process, at ang solid electrolyte interphase (SEI) ay nagpapakita na ang mataas na ionic conductivity, mababang desolvation energy ng Li+, at protective SEI ay mahalaga para sa XFC. Batay sa criterion, dalawang fast-charging electrolyte ang idinisenyo: low-voltage 1.8 m LiFSI sa 1,3-dioxolane (para sa LiFePO4||graphite cells) at high-voltage na 1.0 m LiPF6 sa pinaghalong 4-fluoroethylene carbonate at acetonitrile (7:3 by vol) (para sa LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||graphite cells). Ang dating electrolyte ay nagbibigay-daan sa graphite electrode na makamit ang 180 mAh g−1 sa 50C (1C = 370 mAh g−1), na 10 beses na mas mataas kaysa sa isang conventional electrolyte. Ang huling electrolyte ay nagbibigay-daan sa LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||graphite cells (2 mAh cm−2, N/P ratio = 1) na magbigay ng record-breaking reversible capacity na 170 mAh g−1 sa 4C charge at 0.3C discharge . Inilalahad ng gawaing ito ang mga pangunahing mekanismo para sa XFC at nagbibigay ng mga prinsipyo ng disenyo ng electrolyte na nakapagtuturo para sa mga praktikal na LIB na mabilis na nagcha-charge na may mga graphite anode.

Mga sanggunian

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

Ang High-Voltage High-Energy-Density Li-ion na Baterya ay Iniulat na Mura At Walang Metal

2022-07-10 | Jerry Huang

Tala ng editor: Iniulat ng mga mananaliksik ang isang pambihirang tagumpay na high-voltage high-energy-density electrochemistry ng Lithium-ion Battery na matipid at walang metal (environment-friendly). Ang 4 na V-class na organic na lithium-ion na baterya na ito ay nagtatampok ng mataas na teoretikal na kapasidad at mataas na boltahe, habang ang kanilang mga praktikal na materyales sa cathode at mga electrolyte ay nananatiling hindi ginalugad.

Naaangkop ba ang Redox-Active Organic Small Molecules para sa High-Voltage (>4 V) Lithium-Ion Battery Cathode?

Ni: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Unang nai-publish: 10 Marso 2022 sa Advanced Science

4 na V-Class na Organic na Lithium-Ion na Baterya

Habang ang mga organikong lithium-ion na baterya ay nakakuha ng malaking atensyon dahil sa kanilang mataas na teoretikal na kapasidad, ang mataas na boltahe na mga organikong cathode na materyales ay nananatiling hindi ginalugad. Sa artikulong numero 2200187, iniulat nina Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma, at mga katrabaho ang electrochemistry ng croconic acid sa mataas na boltahe. Kinumpirma ng mga teoretikal at pang-eksperimentong pagsisiyasat na ang dalawang enolate sa croconic acid ay nagpapakita sa paligid ng 4 V redox, na maaaring magamit para sa pag-iimbak ng enerhiya.

Abstract

Habang ang mga organikong baterya ay nakakaakit ng malaking atensyon dahil sa kanilang mataas na teoretikal na kapasidad, ang mataas na boltahe na mga organikong aktibong materyales (> 4 V vs Li/Li+) ay nananatiling hindi ginagalugad. Dito, pinagsama ang density functional theory calculations sa cyclic voltammetry measurements para maimbestigahan ang electrochemistry ng croconic acid (CA) para magamit bilang lithium-ion battery cathode material sa parehong dimethyl sulfoxide at γ-butyrolactone (GBL) electrolytes. Ipinapakita ng mga kalkulasyon ng DFT na ang CA dilitium salt (CA–Li2) ay may dalawang enolate group na sumasailalim sa redox reactions sa itaas ng 4.0 V at isang material-level na theoretical energy density na 1949 Wh kg–1 para sa pag-iimbak ng apat na lithium ions sa GBL—higit sa halaga ng pareho. conventional inorganic at kilalang organic cathode materials. Ang mga sukat ng cyclic-voltammetry ay nagpapakita ng lubos na nababaligtad na redox na reaksyon ng enolate group sa ≈4 V sa parehong electrolytes. Ang mga pagsubok sa pagganap ng baterya ng CA bilang lithium-ion battery cathode sa GBL ay nagpapakita ng dalawang discharge voltage plateau sa 3.9 at 3.1 V, at isang discharge capacity na 102.2 mAh g–1 na walang pagkawala ng kapasidad pagkatapos ng limang cycle. Sa mas mataas na mga boltahe ng discharge kumpara sa mga kilalang, makabagong organic na maliliit na molekula, nangangako ang CA na maging pangunahing kandidato ng materyal na cathode para sa hinaharap na high-energy-density na mga organic na baterya ng lithium-ion.

Mga sanggunian:

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

Inihayag ang Isang Pambihirang Teknolohiya ng Mababang Temperatura ng LFP

2022-04-19 | Jerry Huang

Noong Abril 15, isang R&D team mula sa Changzhou Liyuan New Energy Co ang nag-anunsyo sa Nanjing na ang kumpanya ay nakagawa ng isang teknolohikal na tagumpay sa LFP cathode material, na makabuluhang nagpabuti sa performance ng LFP, pati na rin sa charging rate, sa mababang temperatura.

Ang isang EV na pinapagana ng maginoo na LFP na baterya ay may sarili nitong halatang kawalan ng pagkabalisa sa hanay, ibig sabihin, ang saklaw nito ay kadalasang humigit-kumulang 50% ng kine-claim nitong hanay ng NEDC / WLTP / EPA sa mababang temperatura gaya ng -20 ℃.

Ang bagong materyal ng LFP, "LFP-1", ay inaangkin na binuo ng higit sa 20 R&D expert mula sa Shenzhen Research Center nito pagkatapos ng mahigit 2,000 paulit-ulit na eksperimento sa loob ng walong taon at ang R&D team ay nanalo ng 5 patent dito.

Ang mga pambihirang pagganap ng "LFP-1" ay iniulat na makakamit sa pamamagitan ng pagtatatag ng high-speed lithium ion transport channels sa loob ng cathode material kasama ang makabagong teknolohiyang "energy spheres"; at mga katangian ng materyal:

• Ang pagtaas ng discharge capacity rate ng LFP na baterya mula 55% hanggang 85% sa -20℃ degrees, at mula sa halos zero hanggang 57% sa -40℃ degrees.

• Pagkamit ng hanay na 500 kilometro sa loob lamang ng 15 minutong 4C rate na mabilis na pagsingil. Sa paghahambing, ang isang EV na pinapagana ng maginoo na LFP na baterya ay karaniwang nangangailangan ng 40 minutong mabilis na pag-charge upang makamit ang hanay na humigit-kumulang 550 kilometro.

Ang Sodium ba ang Susunod na Solusyon?

2022-04-08 | Jerry Huang

Noong 2020, ang mga kasali sa EV market ay nasasabik na nag-isip na ang pagbaba sa gastos ng mga bateryang pinapagana ng lithium ay magdadala ng mabilis na paglaki ng mga benta ng EV sa buong mundo, at talagang nangyari ito.

Pagdating sa unang quarter ng 2022, karamihan sa atin ay hindi pa handa na harapin ang "March Madness", sabi ni G. Jow Lowry mula sa Global Lithium LLC, sa isang dramatikong pagtaas ng presyo ng lithium carbonate at lithium hydroxide noong Pebrero at maaga Marso. Gayunpaman, nararamdaman niya na ang mataas na presyo ng lithium ay hindi lilikha ng pagkasira ng demand mula sa EV market. "Mayroon kaming mataas na mga presyo ng lithium dahil ang kakulangan ng pamumuhunan na lumikha ng imbalance ng supply-demand. Hindi ako naniniwala na ito ay sisira sa demand. Naniniwala ako na ito ay, mas wastong ilagay, ito ay magpapasa ng demand. Ang rebolusyon ng EV ay magiging limitado sa dekada na ito dahil sa kakulangan ng supply ng lithium. Walang tanong tungkol diyan ngayon,” sabi ni G. Jow Lowry.

Sa kabila ng naitalang mataas na presyo ng lithium, maraming iba pang materyales ng baterya, tulad ng nickel, cobalt at aluminum, ang nakaranas din ng makasaysayang alon ng pagtaas ng presyo sa Q1 ngayong taon, na nagresulta sa patuloy na pagtaas ng gastos ng baterya at higit sa 20 na anunsyo ng OEM ng kanilang EV pagtaas ng presyo noong Marso 2022.

Kaya saan patungo ang baterya ng lithium? Sinasabi ng ilang eksperto na ang mga baterya ng lithium ay mapupunta sa medium-end at high-end na EV, consumer electronics, electric marine vehicle at aerial vehicle, atbp.

Paano ang entry-level ng EV at imbakan ng enerhiya? Ang mga baterya ba ng sodium chemistry ay isa pang pagpipilian para sa kanila? Mayroong maraming sodium at iba pang mapagkukunan sa mundo para sa mga baterya ng sodium, na pinaniniwalaang matipid at environment-friendly. Mayroon bang iba pang solusyon sa baterya na lubos na nasusukat? Maghintay tayo at tingnan kung ano ang susunod na mga tagumpay sa pananaliksik.

Cell Chemistry Race: Lithium vs Sodium Systems

2021-12-08 | Jerry Huang

Ang pananaliksik na nakatuon sa temperatura ng silid na lithium–sulfur (Li/S ₈ ) at lithium–oxygen (Li/O ₂ ) na mga baterya ay makabuluhang tumaas sa nakalipas na sampung taon. Ang karera upang bumuo ng gayong mga sistema ng cell ay pangunahing hinihimok ng napakataas na teoretikal na density ng enerhiya at ang kasaganaan ng asupre at oxygen. Ang cell chemistry, gayunpaman, ay kumplikado, at ang pag-unlad tungo sa praktikal na pag-unlad ng device ay nananatiling hadlangan ng ilang pangunahing pangunahing isyu, na kasalukuyang tinatalakay ng maraming mga diskarte.

Nakakagulat, hindi gaanong nalalaman tungkol sa mga analogous na sodium-based na mga sistema ng baterya, bagama't ang na-komersyal na, mataas na temperatura na Na/S ₈ at Na/NiCl _{2 na mga} baterya ay nagmumungkahi na ang isang rechargeable na baterya batay sa sodium ay magagawa sa malaking sukat. Bukod dito, ang likas na kasaganaan ng sodium ay isang kaakit-akit na benepisyo para sa pagbuo ng mga baterya batay sa mababang halaga ng mga bahagi.

Ang pagsusuri na ito ay nagbibigay ng buod ng makabagong kaalaman sa mga baterya ng lithium-sulfur at lithium-oxygen at isang direktang paghahambing sa mga kahalintulad na sistema ng sodium. Ang mga pangkalahatang katangian, pangunahing benepisyo at hamon, kamakailang mga estratehiya para sa mga pagpapabuti ng pagganap at pangkalahatang mga alituntunin para sa karagdagang pag-unlad ay buod at kritikal na tinalakay. Sa pangkalahatan, ang pagpapalit ng lithium para sa sodium ay may malakas na epekto sa pangkalahatang katangian ng reaksyon ng cell at ang mga pagkakaiba sa transportasyon ng ion, katatagan ng phase, potensyal ng elektrod, density ng enerhiya, atbp. ay maaaring inaasahan.

Kung ang mga pagkakaibang ito ay makikinabang sa isang mas mababaligtad na kimika ng cell ay isang bukas na tanong, ngunit ang ilan sa mga unang ulat sa temperatura ng silid na Na/S ₈ at Na/O _{2 na mga} cell ay nagpapakita na ng ilang kapana-panabik na pagkakaiba kumpara sa itinatag na Li/S ₈ at Li/O ₂ system.

Ang mga rechargeable lithium-ion na baterya (LIBs) ay mabilis na naging pinakamahalagang anyo ng pag-iimbak ng enerhiya para sa lahat ng mga mobile application mula noong kanilang komersyalisasyon noong unang bahagi ng 1990s. Pangunahing ito ay dahil sa kanilang walang kapantay na density ng enerhiya na madaling nahihigitan ang iba pang mga rechargeable na sistema ng baterya gaya ng metal–hydride o lead–acid. Gayunpaman, ang patuloy na pangangailangan na mag-imbak ng kuryente nang mas ligtas, mas compact at mas abot-kaya ay nangangailangan ng patuloy na pananaliksik at pag-unlad.

Ang pangangailangan para sa murang nakatigil na pag-iimbak ng enerhiya ay naging isang karagdagang hamon, na nag-trigger din ng pananaliksik sa mga alternatibong baterya. Ang mga pangunahing pagsisikap ay nakadirekta sa patuloy na pagpapahusay ng iba't ibang teknolohiya ng Li-ion sa pamamagitan ng mas mahusay na packaging, pagproseso, mas mahusay na mga electrolyte at na-optimize na mga materyales ng electrode, halimbawa. Bagama't ang makabuluhang pag-unlad ay nakamit na may paggalang sa density ng kapangyarihan sa mga nakaraang taon, ang pagtaas sa density ng enerhiya (volumetrically at gravimetrically) ay medyo maliit. Ang isang paghahambing ng iba't ibang mga teknolohiya ng baterya na may kinalaman sa kanilang mga density ng enerhiya ay ipinapakita sa Figure 1.

Figure 1: Theoretical at (tinantyang) praktikal na mga density ng enerhiya ng iba't ibang rechargeable na baterya: Pb–acid – lead acid, NiMH – nickel metal hydride, Na-ion – pagtatantya na nagmula sa data para sa Li-ion na ipinapalagay na bahagyang mas mababa ang boltahe ng cell, Li- ion – average sa iba't ibang uri, HT-Na/S ₈ – mataas na temperatura ng sodium–sulfur na baterya, Li/S ₈ at Na/S ₈ – lithium–sulfur at sodium–sulfur na baterya sa pag-aakalang Li ₂ S at Na2S bilang mga produkto ng discharge, Li /O ₂ at Na/O ₂ – lithium-oxygen na baterya (kabilang sa mga teoretikal na halaga ang bigat ng oxygen at depende sa stoichiometry ng ipinapalagay na produkto ng discharge, ibig sabihin, oxide, peroxide o superoxide). Tandaan na ang mga halaga para sa mga praktikal na density ng enerhiya ay maaaring mag-iba-iba depende sa disenyo ng baterya (laki, mataas na kapangyarihan, mataas na enerhiya, solong cell o baterya) at ang estado ng pag-unlad. Ang lahat ng mga halaga para sa mga praktikal na density ng enerhiya ay tumutukoy sa antas ng cell (maliban sa Pb–acid, 12 V). Ang mga halaga para sa Li/S ₈ at Li/O _{2 na mga} baterya ay kinuha mula sa literatura (na binanggit sa loob ng pangunahing teksto) at ginagamit upang tantyahin ang mga densidad ng enerhiya para sa Na/S ₈ at Na/O _{2 na mga} cell. Sa mga teknolohiyang nasa itaas, tanging ang lead acid, NiMH, Li-ion at mataas na temperatura na _{teknolohiyang Na/S 8 ang} na-komersyal hanggang sa kasalukuyan.

Mga sanggunian:

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

Lithium Tetrafluoroborate (LiBF4) bilang Li-ion Battery Electrolyte Additive

2021-12-05 | Jerry Huang

Ang Lithium tetrafluoroborate (LiBF ₄ ) na ginamit bilang isang electrolyte additive upang mapabuti ang pagganap ng pagbibisikleta ng LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ /graphite cell (NMC532) sa mas mataas na operating voltage ay sinisiyasat.

Sa 1.0 wt% LiBF4 na karagdagan sa electrolyte, ang kapasidad ng pagpapanatili ng lithium ion na baterya pagkatapos ng 100 cycle ay lubos na napabuti mula 29.2% hanggang 90.1% sa boltahe ng 3.0 V–4.5 V. Upang maunawaan ang mekanismo ng pagpapahusay ng pagpapanatili ng kapasidad sa mataas Ang operasyon ng boltahe, ang mga katangian kabilang ang pagganap ng cell, ang pag-uugali ng impedance pati na rin ang mga katangian ng mga katangian ng interfacial ng elektrod ay sinusuri.

Napag-alaman na ang LiBF4 ay malamang na lumahok sa pagbuo ng interface film sa parehong mga electrodes. Ang pinahusay na pagganap ng cell ay nauugnay sa pagbabago ng mga bahagi ng interface layer sa graphite anode at LiNi _0.5 Co _0.2 Mn _0.3 O ₂ cathode, na humahantong sa pagpapababa ng interfacial impedance.

Pinagmulan: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithium Tetrafluoroborate bilang Electrolyte Additive para Pahusayin ang High Voltage Performance ng Lithium-Ion Battery. Journal ng Electrochemical Society. 160. A1199-A1204. 10.1149/2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes

Lithium difluorophosphate vs sodium difluorophosphate bilang Li-ion electrolyte additives

2021-11-24 | Jerry Huang

Ang Lithium difluorophosphate (LiDFP, LFO) ay lubos na nakakatulong bilang isang electrolyte additive upang mapahusay ang pagganap ng cycle ng buhay ng baterya ng li-ion at pagpapanatili ng kapasidad sa paglabas sa mataas na temperatura, pati na rin ang pagbabawas ng self-discharge. Habang ang sodium difluorophosphate ay may katulad na pagganap sa cell ng baterya ng NMC532? Tingnan natin ang isang papel na inilathala sa Journal of The Electrochemical Society noong 2020.

Konklusyon: Tatlong bagong difluorophosphate salt electrolyte additives ay na-synthesize at nasuri sa NMC532/graphite pouch cells. Ang ammonium difluorophosphate (AFO) ay madaling inihanda sa pamamagitan ng solid-state, benchtop na reaksyon ng ammonium fluoride at phosphorus pentoxide na nangangailangan lamang ng banayad na pag-init upang magsimula. Ang pinakamahusay na ani ng sodium difluorophosphate (NaFO) sa kasalukuyang pag-aaral ay nakuha sa pamamagitan ng pagtugon sa difluorophosphoric acid at sodium carbonate sa 1,2-diemethoxyethane sa 3 Å molecular sieves, isang napakalakas na drying agent. Ang Tetramethylammonium difluorophosphate (MAFO) ay inihanda mula sa NaFO sa pamamagitan ng cation-exchange na may tetramethylammonium chloride.

Ang NaFO ay iniulat na isang napakahusay na electrolyte additive, na may katulad na pagganap sa NMC532/gr cells bilang ang mas kilalang lithium difluorophosphate (LFO) additive, bawat isa ay nagpapakita ng ~90% discharge capacity retention pagkatapos ng higit sa 1,500 cycle sa 40 °C. Ang pangmatagalang katatagan sa panahon ng pagbibisikleta sa pagitan ng 3.0–4.3 V ay maihahambing sa, ngunit gayunpaman ay mas mababa kaysa sa 2%VC 1%DTD benchmark na mga cell na iniulat ni Harlow et al., na mayroong ∼94% na pagpapanatili ng kapasidad pagkatapos ng 1,500 na cycle. Ang kapaki-pakinabang na katangian ng parehong mga additives ay maiugnay sa difluorophosphate anion. Sa kaibahan, ang AFO at MAFO ay napag-alamang mahihirap na electrolyte additives. Iminungkahi na ito ay dahil sa pagbuo ng lithium nitride para sa dating. Hindi alam kung bakit may negatibong epekto ang mga tetramethylammonium cations sa katatagan ng cell.

Mga sanggunian:

1. Synthesis at Pagsusuri ng Difluorophosphate Salt Electrolyte Additives para sa Lithium-Ion Batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken at JR Dahn

LiFSI vs. LiPF6 sa Li-ion Battery Electrolytes

2021-11-11 | Jerry Huang

Papalitan ba ng LiFSI ang LiPF6 sa mga electrolyte ng baterya ng Li-ion? Ang paggamit ng bagong asin lithium bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) sa halip na lithium hexafluorophosphate (LiPF6) bilang isang electrolyte ay nagpapabuti sa pagganap ng mga Li-ion na baterya na may silicon anodes, ayon sa isang papel na inilathala sa Journal of the American Chemical Society ng mga mananaliksik sa Europa.

Ang Lithium bis(fluorosulfonyl)imide, na karaniwang tinutukoy bilang LiFSI, ay may molecular formula na F2LiNO4S2 at CAS number 171611-11-3. Lumilitaw na puting pulbos ang LiFSI, na may molecular weight na 187.07, at isang melting point sa pagitan ng 124-128°C (255-262.4°F).

Kung ikukumpara sa LiPF6, ang LiFSI ay hindi lamang nagpapahusay ng thermal stability sa li-ion na teknolohiya ng baterya, ngunit nagbibigay din ng mas mahusay na pagganap sa mga tuntunin ng electrical conductivity, cycle life, at mababang temperatura. Gayunpaman, ang LiFSI ay maaaring magkaroon ng ilang mga nakakaagnas na epekto sa aluminum foil. Ang ilang mga akademikong papel ay nagpapakita na ang kaagnasan ng aluminum foil ay pangunahing nagmumula sa FSI-ions sa LiFSI, ngunit ang problemang ito ay maaaring malutas sa pamamagitan ng mga additives tulad ng fluorine-containing passivation aluminum foil additives.

Ang trend ay tiyak na ang LiFSI ay nagiging isa sa mga pangunahing lithium salt para sa susunod na henerasyon ng mga electrolyte. Sa kasalukuyan, ang mga ternary lithium na baterya at mga LFP na baterya ay patuloy na pinapabuti at inuulit ang henerasyon pagkatapos ng henerasyon na may mas mataas na mga kinakailangan para sa density ng enerhiya, mataas at mababang temperatura na performance, cycle life, at performance ng charge at discharge rate.

Dahil sa mataas na teknikal na kahirapan sa mass production at mataas na gastos, ang LiFSI ay hindi direktang ginagamit bilang solute lithium salt, ngunit bilang isang additive na hinaluan ng lithium hexafluorophosphate (LiPF6) para gamitin sa mga electrolyte ng mga power li-ion na baterya lalo na. Halimbawa, medyo matagal nang ginagamit ng LG Chem ang LiFSI bilang additive sa kanilang mga electrolyte. Habang umuunlad ang teknolohiya, parami nang parami ang LiFSI na idaragdag sa mga electrolyte. Ito ay pinaniniwalaan na ang halaga ng LiFSI ay mas mababawasan sa pagtaas ng mass production. At habang lumilipas ang panahon, may potensyal ang LiFSI na palitan ang LiPF6 bilang pangunahing lithium salt para sa mga electrolyte ng baterya ng power li-ion.

Mga Pinagmulan:

• https://www.greencarcongress.com/2013/06/lifsi-20130626.html