Ghi chú của người biên tập: Các nhà nghiên cứu báo cáo một bước đột phá về điện hóa mật độ năng lượng cao cao áp của Pin Lithium-ion tiết kiệm và không chứa kim loại (thân thiện với môi trường). Pin lithium-ion hữu cơ 4 lớp V này có dung lượng lý thuyết cao và điện áp cao, trong khi vật liệu catốt và chất điện phân thực tế của chúng vẫn chưa được khám phá.
Các phân tử nhỏ hữu cơ có hoạt tính khử oxy hóa có áp dụng cho cực âm pin Lithium-Ion cao áp (> 4 V) không?
Bởi: Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Kazuyuki Iwase, Yoshiyuki Gambe, Itaru Honma | Xuất bản lần đầu: ngày 10 tháng 3 năm 2022 trên Advanced Science
4 pin Lithium-Ion hữu cơ loại V
Trong khi pin lithium-ion hữu cơ đã thu hút được sự chú ý lớn do dung lượng lý thuyết cao của chúng, vật liệu catốt hữu cơ điện áp cao vẫn chưa được khám phá. Trong bài báo số 2200187, Yuto Katsuyama, Hiroaki Kobayashi, Itaru Honma và các đồng nghiệp báo cáo về điện hóa của axit croconic ở điện áp cao. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xác nhận hai enolat trong axit croconic thể hiện ở mức độ oxy hóa khử là 4 V, có thể được sử dụng để lưu trữ năng lượng.
trừu tượng
Trong khi pin hữu cơ đã thu hút sự chú ý lớn do dung lượng lý thuyết cao của chúng, các vật liệu hoạt động hữu cơ điện áp cao (> 4 V so với Li / Li +) vẫn chưa được khám phá. Ở đây, các tính toán lý thuyết hàm mật độ được kết hợp với phép đo vôn theo chu kỳ để khảo sát điện hóa của axit croconic (CA) để sử dụng làm vật liệu cực âm cho pin lithium-ion trong cả chất điện phân dimethyl sulfoxide và γ-butyrolactone (GBL). Tính toán DFT chứng minh rằng muối CA dilitium (CA – Li2) có hai nhóm enolat trải qua phản ứng oxy hóa khử trên 4,0 V và mật độ năng lượng lý thuyết cấp vật liệu là 1949 Wh kg – 1 để lưu trữ bốn ion liti trong GBL — vượt quá giá trị của cả hai vật liệu cathode vô cơ thông thường và hữu cơ đã biết. Các phép đo theo chu kỳ vôn cho thấy phản ứng oxy hóa khử thuận nghịch cao bởi nhóm enolat ở ≈4 V trong cả hai chất điện phân. Các bài kiểm tra hiệu suất pin của CA như cực âm của pin lithium-ion trong GBL cho thấy hai cao nguyên điện áp phóng ở 3,9 và 3,1 V và dung lượng xả 102,2 mAh g – 1 mà không bị giảm dung lượng sau năm chu kỳ. Với điện áp phóng điện cao hơn so với các phân tử nhỏ hữu cơ hiện đại đã biết, CA hứa hẹn sẽ trở thành một ứng cử viên vật liệu cực âm hàng đầu cho pin hữu cơ lithium-ion mật độ năng lượng cao trong tương lai.
Vào ngày 15 tháng 4, một nhóm nghiên cứu và phát triển từ Changzhou Liyuan New Energy Co đã đưa ra thông báo tại Nam Kinh rằng công ty đã thực hiện một bước đột phá công nghệ trên vật liệu cathode LFP, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của LFP, cũng như tốc độ sạc ở nhiệt độ thấp.
EV được cung cấp bởi pin LFP thông thường có nhược điểm rõ ràng của riêng nó là gây lo lắng về phạm vi, đó là phạm vi của nó thường khoảng 50% so với phạm vi NEDC / WLTP / EPA tuyên bố của nó ở nhiệt độ thấp như -20 ℃.
Vật liệu LFP mới, "LFP-1", được tuyên bố là do hơn 20 chuyên gia R&D từ Trung tâm Nghiên cứu Thâm Quyến của họ phát triển sau hơn 2.000 thí nghiệm lặp lại trong tám năm và nhóm R&D đã giành được 5 bằng sáng chế với nó.
Các hiệu suất đột phá của “LFP-1” được báo cáo là đạt được bằng cách thiết lập các kênh vận chuyển ion lithium tốc độ cao bên trong vật liệu catốt cùng với công nghệ “quả cầu năng lượng” hiện đại; và các tính năng vật liệu:
Tăng tỷ lệ dung lượng xả của pin LFP từ 55% lên 85% ở -20 ℃ độ và từ gần 0 lên 57% ở -40 ℃ độ.
Đạt được phạm vi 500 km chỉ trong 15 phút sạc nhanh tốc độ 4C. Trong khi đó, một chiếc EV chạy bằng pin LFP thông thường thường cần sạc nhanh 40 phút để đạt được phạm vi hoạt động khoảng 550 km.
Vào năm 2020, những kẻ xâm lược thị trường xe điện đã hào hứng suy đoán rằng việc giảm giá thành của pin chạy bằng lithium sẽ mang lại sự tăng trưởng nhanh chóng về doanh số bán xe điện trên toàn thế giới, và thực sự là như vậy.
Ông Jow Lowry từ Global Lithium LLC cho biết khi nói đến quý đầu tiên của năm 2022, hầu hết chúng ta vẫn chưa sẵn sàng để đón nhận “March Madness”. Bước đều. Tuy nhiên, ông cảm thấy rằng giá lithium cao sẽ không tạo ra sự phá hủy nhu cầu từ thị trường xe điện. “Chúng tôi có giá lithium cao vì thiếu đầu tư đã tạo ra sự mất cân bằng cung cầu. Tôi không tin rằng điều này sẽ phá hủy nhu cầu. Tôi tin rằng, nói một cách chính xác hơn, nó sẽ thúc đẩy nhu cầu. Cuộc cách mạng EV sẽ bị hạn chế trong thập kỷ này do thiếu nguồn cung cấp lithium. Ông Jow Lowry nói.
Bất chấp giá lithium cao kỷ lục, nhiều vật liệu pin khác, chẳng hạn như niken, coban và nhôm, cũng đã gặp phải làn sóng tăng giá lịch sử trong quý 1 năm nay, dẫn đến chi phí pin tiếp tục tăng và hơn 20 OEM công bố về EV của họ. tăng giá vào tháng 3 năm 2022.
Vậy pin lithium đang hướng đến đâu? Một số chuyên gia nói rằng pin lithium sẽ được sử dụng cho xe điện tầm trung và cao cấp, thiết bị điện tử tiêu dùng, phương tiện thủy điện và phương tiện bay trên không, v.v.
Còn về mức đầu vào của EV và lưu trữ năng lượng thì sao? Pin hóa học natri sẽ là một sự lựa chọn khác cho họ? Có rất nhiều natri và các nguồn tài nguyên khác trên trái đất cho pin natri, được cho là tiết kiệm và thân thiện với môi trường. Có bất kỳ giải pháp pin nào khác có khả năng mở rộng cao không? Hãy cùng chờ xem những đột phá nghiên cứu nào sẽ đến tiếp theo.
Nghiên cứu dành cho pin lithium-sulfur (Li / S 8 ) và lithium-oxy (Li / O 2 ) ở nhiệt độ phòng đã tăng lên đáng kể trong mười năm qua. Cuộc chạy đua để phát triển các hệ thống tế bào như vậy chủ yếu được thúc đẩy bởi mật độ năng lượng lý thuyết rất cao và sự phong phú của lưu huỳnh và oxy. Tuy nhiên, hóa học tế bào rất phức tạp và tiến trình phát triển thiết bị thực tế vẫn bị cản trở bởi một số vấn đề chính cơ bản, hiện đang được giải quyết bằng nhiều cách tiếp cận.
Khá ngạc nhiên là không có nhiều thông tin về các hệ thống pin tương tự dựa trên natri, mặc dù pin Na / S 8 và Na / NiCl 2 nhiệt độ cao đã được thương mại hóa cho thấy rằng một loại pin có thể sạc lại dựa trên natri là khả thi trên quy mô lớn. Hơn nữa, lượng natri dồi dào tự nhiên là một lợi ích hấp dẫn cho sự phát triển của pin dựa trên các thành phần chi phí thấp.
Bài đánh giá này cung cấp bản tóm tắt kiến thức hiện đại về pin lithium – lưu huỳnh và lithium – oxy và so sánh trực tiếp với các hệ thống natri tương tự. Các đặc tính chung, các lợi ích và thách thức chính, các chiến lược gần đây để cải thiện hiệu suất và các hướng dẫn chung để phát triển thêm được tóm tắt và thảo luận nghiêm túc. Nói chung, sự thay thế liti cho natri có tác động mạnh mẽ đến các đặc tính tổng thể của phản ứng tế bào và sự khác biệt về vận chuyển ion, độ ổn định pha, thế điện cực, mật độ năng lượng, v.v. có thể được mong đợi.
Liệu những khác biệt này có mang lại lợi ích cho quá trình hóa học tế bào thuận nghịch hơn hay không vẫn còn là một câu hỏi bỏ ngỏ, nhưng một số báo cáo đầu tiên về nhiệt độ phòng của tế bào Na / S 8 và Na / O 2 đã cho thấy một số khác biệt thú vị so với Li / S 8 đã được thiết lập và Hệ thống Li / O 2.
Pin lithium-ion có thể sạc lại (LIB) đã nhanh chóng trở thành hình thức lưu trữ năng lượng quan trọng nhất cho tất cả các ứng dụng di động kể từ khi được thương mại hóa vào đầu những năm 1990. Điều này chủ yếu là do mật độ năng lượng vô song của chúng, dễ dàng vượt qua các hệ thống pin có thể sạc lại khác như metal – hydride hoặc chì – acid. Tuy nhiên, nhu cầu lưu trữ điện an toàn hơn, nhỏ gọn hơn và chi phí hợp lý hơn đòi hỏi phải liên tục nghiên cứu và phát triển.
Nhu cầu lưu trữ năng lượng cố định rẻ tiền đã trở thành một thách thức bổ sung, điều này cũng kích hoạt các nghiên cứu về pin thay thế. Ví dụ, những nỗ lực chính hướng tới việc cải tiến liên tục các công nghệ Li-ion khác nhau bằng cách đóng gói, xử lý hiệu quả hơn, chất điện phân tốt hơn và vật liệu điện cực được tối ưu hóa. Mặc dù đã đạt được những tiến bộ đáng kể về mật độ công suất trong những năm qua, nhưng sự gia tăng về mật độ năng lượng (về mặt thể tích và trọng lượng) là tương đối nhỏ. So sánh các công nghệ pin khác nhau về mật độ năng lượng của chúng được thể hiện trong Hình 1.
Hình 1:Mật độ năng lượng lý thuyết và (ước tính) thực tế của các loại pin có thể sạc lại khác nhau: Pb – axit - axit chì, NiMH - hyđrua kim loại niken, Na-ion - ước tính thu được từ dữ liệu cho Li-ion giả sử điện áp pin thấp hơn một chút, Li- ion - trung bình so với các loại khác nhau, HT-Na / S 8 - pin natri – lưu huỳnh nhiệt độ cao, Li / S 8 và Na / S 8 - pin lithium – lưu huỳnh và natri – lưu huỳnh giả sử Li 2 S và Na2S là sản phẩm phóng điện, Li / O 2 và Na / O 2 - pin lithium-oxy (giá trị lý thuyết bao gồm trọng lượng của oxy và phụ thuộc vào phép đo mẫu của sản phẩm phóng điện giả định, tức là oxit, peroxit hoặc superoxit). Lưu ý rằng các giá trị cho mật độ năng lượng thực tế có thể thay đổi phần lớn tùy thuộc vào thiết kế pin (kích thước, công suất cao, năng lượng cao, một tế bào hoặc pin) và trạng thái phát triển. Tất cả các giá trị cho mật độ năng lượng thực tế đều quy về mức tế bào (ngoại trừ Pb – axit, 12 V). Các giá trị cho pin Li / S 8 và Li / O 2 được lấy từ tài liệu (trích dẫn trong văn bản chính) và được sử dụng để ước tính mật độ năng lượng cho các tế bào Na / S 8 và Na / O 2. Trong số các công nghệ trên, chỉ có công nghệ axit chì, NiMH, Li-ion và Na / S 8 nhiệt độ cao là đã được thương mại hóa cho đến nay.
Lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) được sử dụng làm phụ gia điện phân để cải thiện hiệu suất chu kỳ của LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 / tế bào graphite (NMC532) ở điện áp hoạt động cao hơn được nghiên cứu.
Với việc bổ sung 1,0 wt% LiBF4 vào chất điện phân, khả năng duy trì dung lượng của pin lithium ion sau 100 chu kỳ đã được cải thiện đáng kể từ 29,2% lên 90,1% ở điện áp 3,0 V-4,5 V. Để hiểu cơ chế của việc tăng cường khả năng duy trì ở mức cao Hoạt động điện áp, các đặc tính bao gồm hiệu suất của tế bào, hành vi trở kháng cũng như các đặc tính của các thuộc tính giao diện điện cực được kiểm tra.
Người ta thấy rằng LiBF4 có khả năng tham gia vào việc hình thành màng phân cách trên cả hai điện cực. Hiệu suất được cải thiện của tế bào là do việc sửa đổi các thành phần lớp giao diện trên cực dương graphit và cực âm LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,3 O 2 , dẫn đến giảm trở kháng giao diện.
Nguồn: Zuo, Xiaoxi & Fan, Chengjie & Liu, Jiansheng & Xiao, Xin & Wu, Junhua & Nan, Junmin. (2013). Lithium Tetrafluoroborate như một chất phụ gia điện phân để cải thiện hiệu suất điện áp cao của pin Lithium-Ion. Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa. 160. A1199-A1204. 10.1149 / 2.066308jes. https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.066308jes
Lithium difluorophosphate (LiDFP, LFO) rất hữu ích như một chất phụ gia điện phân để nâng cao hiệu suất vòng đời của pin li-ion và duy trì khả năng phóng điện ở nhiệt độ cao, cũng như giảm hiện tượng tự phóng điện. Trong khi natri difluorophosphat có hiệu suất tương tự trong tế bào pin NMC532? Hãy cùng xem một bài báo đăng trên Tạp chí Hiệp hội Điện hóa năm 2020.
Kết luận: Ba chất phụ gia điện phân muối difluorophosphat mới đã được tổng hợp và đánh giá trong tế bào túi NMC532 / graphite. Amoni difluorophotphat (AFO) được điều chế dễ dàng thông qua phản ứng dạng rắn, ở trạng thái chuẩn của amoni florua và photpho pentoxit mà chỉ cần đun nóng nhẹ để bắt đầu. Sản lượng tốt nhất của natri difluorophosphat (NaFO) trong nghiên cứu này thu được bằng cách phản ứng với axit difluorophosphoric và natri cacbonat trong 1,2-diemethoxyethane qua rây 3 phân tử, một chất làm khô rất mạnh. Tetramethylammonium difluorophosphate (MAFO) được điều chế từ NaFO thông qua trao đổi cation với tetramethylammonium chloride.
NaFO được báo cáo là một chất phụ gia điện giải rất tốt, với hiệu suất tương tự trong các tế bào NMC532 / gr như phụ gia lithium difluorophosphate (LFO) được biết đến nhiều hơn, mỗi loại cho thấy khả năng phóng điện duy trì ~ 90% sau hơn 1.500 chu kỳ ở 40 ° C. Độ ổn định lâu dài trong quá trình chạy xe đạp giữa 3.0–4.3 V so sánh thuận lợi với, nhưng vẫn thấp hơn các tế bào chuẩn DTD 2% VC 1% được báo cáo bởi Harlow và cộng sự, có khả năng duy trì ∼94% sau 1.500 chu kỳ. Bản chất có lợi của cả hai chất phụ gia là do anion difluorophosphat. Ngược lại, AFO và MAFO được phát hiện là các chất phụ gia kém điện ly. Điều này được cho là do sự hình thành của lithium nitride trước đây. Người ta vẫn chưa biết tại sao các cation tetramethylammonium lại có ảnh hưởng tiêu cực đến sự ổn định của tế bào.
Người giới thiệu:
Tổng hợp và Đánh giá các Phụ gia Điện phân Muối Difluorophosphate cho Pin Lithium-Ion, Tạp chí The Electrochemical Society, 2020 167 100538, David S. Hall, Toren Hynes, Connor P. Aiken và JR Dahn
LiFSI sẽ thay thế LiPF6 trong chất điện phân pin Li-ion? Sử dụng muối lithium bis (fluorosulfonyl) imide mới (LiFSI) thay vì lithium hexafluorophosphate (LiPF6) làm chất điện phân sẽ cải thiện hiệu suất của pin Li-ion với cực dương silicon, theo một bài báo đăng trên Tạp chí Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ của các nhà nghiên cứu ở châu Âu.
Lithium bis (fluorosulfonyl) imide, thường được gọi là LiFSI, có công thức phân tử F2LiNO4S2 và số CAS 171611-11-3. LiFSI dường như là bột màu trắng, có trọng lượng phân tử là 187,07 và điểm nóng chảy trong khoảng 124-128 ° C (255-262,4 ° F).
So với LiPF6, LiFSI không chỉ tăng cường độ ổn định nhiệt trong công nghệ pin li-ion mà còn cho hiệu suất tốt hơn về độ dẫn điện, vòng đời và nhiệt độ thấp. Tuy nhiên, LiFSI có thể có tác dụng ăn mòn nhất định đối với lá nhôm. Một số tài liệu học thuật cho thấy sự ăn mòn của lá nhôm chủ yếu đến từ các ion FSI trong LiFSI, nhưng vấn đề này có thể được giải quyết bằng các chất phụ gia như phụ gia lá nhôm thụ động có chứa flo.
Có xu hướng khá chắc chắn rằng LiFSI đang trở thành một trong những muối lithium chính cho các chất điện giải thế hệ tiếp theo. Hiện tại, pin lithium bậc ba và pin LFP liên tục được cải tiến và lặp đi lặp lại thế hệ này qua thế hệ khác có yêu cầu cao hơn về mật độ năng lượng, hiệu suất nhiệt độ cao và thấp, vòng đời cũng như hiệu suất tốc độ sạc và xả.
Do khó khăn kỹ thuật cao trong sản xuất hàng loạt và chi phí cao, LiFSI đã không được sử dụng trực tiếp như một muối lithium hòa tan, mà là một chất phụ gia được trộn với lithium hexafluorophosphate (LiPF6) để sử dụng trong chất điện phân của pin li-ion. Ví dụ, LG Chem đã sử dụng LiFSI như một chất phụ gia trong chất điện phân của họ trong một thời gian khá dài. Khi công nghệ được cải thiện, ngày càng nhiều LiFSI sẽ được thêm vào chất điện giải. Người ta tin rằng chi phí của LiFSI sẽ được hạ thấp hơn nữa khi mở rộng quy mô sản xuất hàng loạt. Và khi thời gian trôi qua, LiFSI có tiềm năng thay thế LiPF6 làm muối lithium chính cho các chất điện phân pin li-ion.
Lithium hexafluorophosphate (LiPF6) là nguyên liệu thô quan trọng trong công nghệ ngày nay, để làm chất điện phân pin lithium-ion của pin nguồn lithium-ion, pin lưu trữ năng lượng lithium-ion và pin li-ion của thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Cùng với sự bùng nổ của ngành công nghiệp EV, phân khúc pin li-ion tiêu thụ lượng LiPF6 lớn nhất trên thị trường.
Kể từ tháng 9 năm 2020, doanh số bán xe năng lượng mới đã tăng lên đáng kể, điều này đã thúc đẩy doanh số bán lithium hexafluorophosphate tăng lên. Người ta ước tính rằng nhu cầu lithium hexafluorophosphate trong phân khúc pin điện sẽ vào khoảng 66.000 tấn vào năm 2021 và khoảng 238.000 tấn vào năm 2025, với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm khoảng 40%.
Theo dữ liệu từ tháng 1 đến tháng 9 năm 2021, dung lượng tích lũy của pin LFP trong lắp đặt EV của Trung Quốc là khoảng 45,38GWh và dung lượng tích lũy của pin bậc ba là khoảng 49,70GWh. Dự kiến, tổng công suất hàng năm của pin LFP trong lắp đặt EV sẽ vượt quá công suất bậc ba vào năm 2021, với tốc độ tăng trưởng hàng năm cao dự kiến.
Tính đến ngày 18/10, giá lithium hexafluorophosphate là 520.000 nhân dân tệ / tấn và đã tăng gần 500% vào năm 2021 với mức giá 107.000 nhân dân tệ / tấn chỉ vào đầu năm nay, lập mức cao kỷ lục mới kể từ tháng 6/2017. Lithium hexafluorophosphate và các chất phụ gia điện phân rõ ràng đã trở thành một trong những nguyên liệu có tốc độ tăng trưởng cao nhất trong năm nay. Nhu cầu mạnh mẽ trên thị trường dự kiến sẽ tiếp tục, và nguồn cung hiện đang thiếu hụt.
Hãy xem xét tình hình cung cầu của lithium cacbonat để đánh giá xu hướng giá của nó.
Pin Lithium Carbonate (Li2CO3)
Các lĩnh vực đòi hỏi chính của lithium cacbonat cấp pin hiện nay là từ việc chuẩn bị các vật liệu cathode bậc ba NMC, oxit lithium coban và một phần của lithium sắt phốt phát (LFP).
Trong năm 2021, tốc độ tăng trưởng chung của NMC532 và NMC622 là thấp, so với các vật liệu bậc ba giàu Ni và LFP. Trong H2 năm 2021, ước tính nhu cầu đối với pin lithium cacbonat từ sản xuất vật liệu cathode bậc ba NMC sẽ vào khoảng 48.470 tấn, chỉ tăng 2,4% so với H2 trước đó vào năm 2020.
Do tác động tiêu cực của đại dịch, sản lượng xuất khẩu hàng điện tử tiêu dùng của Trung Quốc đã giảm đáng kể, hầu như không tăng ở thị trường nội địa. Nhu cầu về pin lithium cacbonat từ các nhà sản xuất lithium coban oxit đã giảm. Trong H2 năm 2021, ước tính nhu cầu lithium cacbonat từ khu vực này là khoảng 16.737 tấn, giảm 9,7% so với H2 năm 2020.
Về nhu cầu từ vật liệu LFP, nhiều nhà máy sản xuất vật liệu LFP kiểu nguồn chính hiện đang sử dụng pin lithium cacbonat làm nguồn lithium chính (chiếm khoảng 30%) để đảm bảo chất lượng của pin nguồn LFP cho thị trường EV. Trước sự mất cân bằng cung cầu trên thị trường pin LFP điện, các doanh nghiệp đã bắt đầu mở rộng năng lực sản xuất. Năm 2021 H2, nhu cầu đối với pin lithium cacbonat từ lĩnh vực này dự kiến là khoảng 14.788 tấn, tăng 30% so với H2 của năm 2020.
Lithium Carbonate cấp công nghiệp (Li2CO3)
Lĩnh vực đòi hỏi chính của lithium cacbonat cấp công nghiệp là từ sản xuất vật liệu LFP chất lượng trung bình, lithium manganate, lithium hexafluorophosphate và một số ngành công nghiệp truyền thống.
Về nhu cầu từ việc sản xuất vật liệu LFP, kể từ H2 năm 2020, doanh số bán các mẫu EV cấp A00 đã tăng nhanh tại thị trường Trung Quốc, dẫn đến nhu cầu lớn về pin LFP cấp nguồn chất lượng trung bình. Đồng thời, một số mẫu xe trung cấp và cao cấp như Tesla Model Y và Model 3 cũng đã tung ra thị trường phiên bản hỗ trợ LFP của riêng mình. Bên cạnh đó, nhu cầu về pin LFP trong thị trường lưu trữ năng lượng và xe hai bánh cũng đang tăng lên. Hiện tại nhu cầu của lithium cacbonat cấp công nghiệp (bao gồm cả cấp pin) từ sản xuất vật liệu LFP chiếm khoảng 70%, so với nhu cầu của lithium cacbonat cấp pin. Vào năm 2021 H2, nhu cầu đối với lithium cacbonat cấp công nghiệp từ lĩnh vực này dự kiến là khoảng 34.505 tấn, tăng 30% so với H2 năm 2020.
Đối với nhu cầu từ sản xuất lithium manganate, do ít đơn đặt hàng điện tử tiêu dùng và xe hai bánh ở nước ngoài, nhu cầu về vật liệu cathode lithium manganate không mạnh. Đồng thời, khi giá muối lithium tiếp tục tăng, các nhà sản xuất phải chịu áp lực lớn về việc tăng chi phí và một số hãng đã giảm sản lượng. Do đó, nhu cầu đối với lithium cacbonat cấp công nghiệp tiếp tục giảm. Đầu năm nay có sự sụt giảm rõ ràng về sản lượng nguyên liệu LMO trong Lễ hội mùa xuân. Tuy nhiên, trong năm 2021 H2, nhu cầu đối với lithium cacbonat cấp công nghiệp từ lĩnh vực này dự kiến là khoảng 11.900 tấn, tăng nhẹ 8% so với H2 năm 2020 trước đó.
Đối với nhu cầu từ việc điều chế lithium hexafluorophosphate, cùng với doanh số bán hàng nóng trên thị trường EV, sản lượng chất điện phân trong nước đã tăng lên đáng kể và nhu cầu đối với lithium hexafluorophosphate (LiPF6) cũng tăng lên rất nhiều. Trong năm 2021 H2, ước tính nhu cầu đối với lithium cacbonat cấp công nghiệp từ khu vực này là khoảng 11.236 tấn, tăng 40% so với năm 2020 H2.
Nhu cầu còn lại đối với lithium cacbonat cấp công nghiệp là từ sản xuất lithium kim loại, lithium hydroxide chế biến ăn da và dược phẩm, chiếm khoảng 26% nhu cầu tổng thể, với mức tăng nhẹ.
Kết luận, nhu cầu tổng thể về lithium cacbonat tiếp tục tăng nhanh chóng. Tuy nhiên, sản lượng tổng thể của lithium cacbonat đang giảm dần vào năm 2021 H2 do nguồn cung spodumene giảm, mặc dù nguồn cung cấp nước muối tăng lên từ các nguồn nước muối trong nước và nước ngoài. Giá lithium cacbonat rất có thể sẽ tăng nếu các ước tính trên là chính xác.
Nói chung, người ta tin rằng tỷ lệ cacbon cứng càng cao (trên 15%) được phủ lên cực dương của pin li-ion thì độ dẫn điện của nó càng tốt. Tuy nhiên, chúng ta phải làm rõ rằng độ nén của các mảnh cực cacbon cứng nguyên chất là khoảng 1,15 g / cc. Nếu nhiều cacbon cứng hơn được phủ lên vật liệu graphit, mật độ nén của toàn bộ phần cực sẽ giảm (mà không làm tăng không gian giữa các lớp vật liệu lõi). Nó chỉ có thể đạt được tối đa 1,2g / cc. Đồng thời, carbon cứng có thể bị nén chặt và hiệu suất có thể không được sử dụng hết. Do đó, cần phải lựa chọn tỷ lệ lớp phủ carbon cứng khác nhau tùy theo các tình huống ứng dụng.
Thông thường, vật liệu anốt thường có ứng suất không đều và không đều. Kích thước hạt của vật liệu càng lớn thì nội trở càng lớn. Do đó, nếu sử dụng lớp phủ carbon cứng, mặc dù tuổi thọ của pin có thể được mở rộng đáng kể, nhưng tuổi thọ của nó tương đối kém (dung lượng pin giảm đáng kể trong vòng 6 tháng).
LiTFSI có phải là lựa chọn tốt nhất để cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp trong tế bào HEV không?
Rõ ràng, vật liệu anode cứng phủ carbon không đủ để giải quyết các điểm khó khăn của hiệu suất kém ở nhiệt độ thấp; một số vật liệu khác phải được cải tiến, chẳng hạn như chất điện phân. Chất điện giải là một phần quan trọng của pin lithium-ion, và chúng không chỉ xác định tốc độ di chuyển của các ion Li + lithium trong pha lỏng mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màng SEI. Đồng thời, các chất điện phân hiện tại có hằng số điện môi thấp hơn, do đó các ion liti có thể thu hút nhiều phân tử dung môi hơn và giải phóng chúng trong quá trình khử cặn, gây ra sự thay đổi entropi của hệ thống lớn hơn và hệ số nhiệt độ (TC) cao hơn. Do đó, điều quan trọng là phải tìm ra một phương pháp điều chế có sự thay đổi entropi nhỏ hơn trong quá trình khử đá, hệ số nhiệt độ thấp hơn và ít bị ảnh hưởng bởi nồng độ chất điện ly. Hiện tại, có hai cách để cải thiện hiệu suất nhiệt độ thấp thông qua chất điện phân:
Cải thiện độ dẫn ở nhiệt độ thấp của chất điện phân bằng cách tối ưu hóa thành phần của dung môi. Hiệu suất ở nhiệt độ thấp của chất điện phân được xác định bởi điểm eutectic ở nhiệt độ thấp. Nếu nhiệt độ nóng chảy quá cao, chất điện phân có khả năng kết tinh ở nhiệt độ thấp, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ dẫn điện của chất điện phân và cuối cùng dẫn đến hỏng pin. EC ethylene cacbonat là một thành phần dung môi quan trọng của chất điện phân. Điểm nóng chảy của nó là 36 ° C. Ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan của nó có thể giảm và thậm chí các tinh thể bị kết tủa trong chất điện phân. Bằng cách thêm các thành phần có độ nóng chảy thấp và độ nhớt thấp để pha loãng và giảm hàm lượng EC của dung môi, độ nhớt và điểm eutectic của chất điện phân có thể được giảm hiệu quả ở nhiệt độ thấp, và độ dẫn điện của chất điện phân có thể được cải thiện. Ngoài ra, các nghiên cứu trong và ngoài nước cũng chỉ ra rằng việc sử dụng axit cacboxylic chuỗi, etyl axetat, etyl propionat, metyl axetat và metyl butyrat làm đồng dung môi điện phân có lợi cho việc cải thiện độ dẫn ở nhiệt độ thấp của chất điện phân và cải thiện đáng kể hiệu suất nhiệt độ thấp của pin. Đã đạt được những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này.
Việc sử dụng các chất phụ gia mới để cải thiện các đặc tính của màng SEI làm cho nó có lợi cho việc dẫn các ion liti ở nhiệt độ thấp. Muối điện phân là một trong những thành phần quan trọng của chất điện phân, và nó cũng là yếu tố then chốt để có được hiệu suất tuyệt vời ở nhiệt độ thấp. Kể từ năm 2021, muối điện phân được sử dụng trên quy mô lớn là liti hexafluorophosphat. Màng SEI dễ hình thành sau quá trình lão hóa có trở kháng lớn, dẫn đến hiệu suất ở nhiệt độ thấp kém. Do đó, việc phát triển một loại muối liti mới trở nên cấp thiết. Lithium tetrafluoroborate và lithium difluorooxalate borate (LiODFB), là muối lithium cho chất điện phân, cũng mang lại độ dẫn điện cao trong điều kiện nhiệt độ cao và thấp, do đó pin lithium ion thể hiện hiệu suất điện hóa tuyệt vời trong phạm vi nhiệt độ rộng.
Là một loại muối liti không chứa nước mới, LiTFSI có độ ổn định nhiệt cao, mức độ liên kết nhỏ của anion và cation, cũng như khả năng hòa tan và phân ly cao trong các hệ thống cacbonat. Ở nhiệt độ thấp, độ dẫn điện cao và khả năng chống truyền điện tích thấp của chất điện phân hệ thống LiFSI đảm bảo hiệu suất ở nhiệt độ thấp. Mandal Et Al. đã sử dụng LiTFSI làm muối lithium và EC / DMC / EMC / pC (tỷ lệ khối lượng 15: 37: 38: 10) làm dung môi cơ bản cho chất điện phân; và kết quả cho thấy chất điện phân vẫn có độ dẫn điện cao 2mScm-1 ở -40 ° C. Do đó, LiTFSI được coi là chất điện ly hứa hẹn nhất có thể thay thế lithium hexafluorophosphate, và cũng được coi là chất thay thế cho quá trình chuyển đổi sang kỷ nguyên của chất điện ly rắn.
Theo Wikipedia, Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, thường được gọi đơn giản là LiTFSI, là một loại muối ưa nước có công thức hóa học LiC2F6NO4S2. LiTFSI là tinh thể hoặc bột màu trắng có thể được sử dụng làm muối lithium điện phân hữu cơ cho pin lithium-ion, giúp chất điện phân có độ dẫn và độ dẫn điện ổn định điện hóa cao. Nó thường được sử dụng làm nguồn Li-ion trong chất điện phân cho pin Li-ion như một giải pháp thay thế an toàn hơn cho lithium hexafluorophosphate thường được sử dụng. Nó được tạo thành từ một cation Li và một anion bistriflimide. Do khả năng hòa tan rất cao trong nước (> 21 m), LiTFSI đã được sử dụng làm muối lithium trong chất điện phân nước trong muối cho pin lithium-ion dạng nước.
LiTFSI có thể thu được bằng phản ứng của bis (trifluoromethylsulfonyl) imide và lithium hydroxit hoặc lithium cacbonat trong dung dịch nước, và chất khan có thể thu được bằng cách làm khô chân không ở 110 ° C: LiOH + HNTf2 → LiNTf2 + H2O
Liti bis (trifluoromethylsulfonyl) imide có thể được sử dụng để điều chế chất điện phân cho pin lithium và làm chất xúc tác axit Lewis mới trong đất hiếm; nó được sử dụng để điều chế muối imidazolium bất đối bằng phản ứng thay thế anion của trifluoromethanesulfonat tương ứng. Sản phẩm này là một hợp chất ion hữu cơ chứa flo quan trọng, được sử dụng trong pin lithium thứ cấp, siêu tụ điện Chemicalbook, tụ điện nhôm, vật liệu điện phân không chứa nước hiệu suất cao và làm chất xúc tác hiệu suất cao mới. Công dụng cơ bản của nó như sau:
Pin lithium
Chất lỏng ion
Chống tĩnh điện
Thuốc (ít phổ biến hơn nhiều)
Tuy nhiên, một kỹ sư R&D đến từ Trung Quốc từng cho biết: “LiTFSI chủ yếu được sử dụng như một chất phụ gia trong các chất điện phân hiện nay và sẽ không được sử dụng như muối chính. Ngoài ra, ngay cả khi nó được sử dụng như một chất phụ gia, chất điện phân công thức có hiệu suất tốt hơn so với các chất điện phân khác. LiTFSI Electrolyte đắt hơn nhiều so với các loại chất điện giải thông thường, vì vậy LiTFSI không được thêm vào, nếu không có yêu cầu đặc biệt về hiệu suất của chất điện giải. "
Người ta tin rằng trong một số tình huống ứng dụng, có các yêu cầu đáng kể đối với pin công suất cao, các tình huống như xe nâng điện và AGV. Vì mối quan tâm về độ bền và các thuộc tính của công cụ sản xuất, cũng cần giải quyết các vấn đề về tuổi thọ chu kỳ và hiệu suất ở nhiệt độ thấp cùng một lúc. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các chất điện giải thế hệ tiếp theo sẽ được tiếp tục. Nhưng đó vẫn là mối quan tâm và cạnh tranh đa chiều về hiệu suất, chi phí, và độ an toàn; và các thị trường cuối cùng sẽ đưa ra lựa chọn của riêng họ.
Người giới thiệu:
Zheng, Honghe; Qunting; Zhang, Li; Liu, Gao; Battaglia, Vincent (2012). "Carbon cứng: cực dương của pin lithium-ion đầy hứa hẹn cho các ứng dụng nhiệt độ cao với chất điện phân ion". Ứng trước RSC. Hiệp hội Hóa học Hoàng gia. (11): 4904–4912. doi: 10.1039 / C2RA20536J. Truy cập ngày 8 tháng 8 năm 2020.
Kamiyama, Azusa; Kubota, Kei; Nakano, Takeshi; Fujimura, Shun; Shiraishi, Soshi; Tsukada, Hidehiko; Komaba, Shinichi (2020-01-27). "Carbon cứng dung lượng cao được tổng hợp từ nhựa Phenolic Macroporous cho pin Natri-Ion và Kali-Ion". Vật liệu Năng lượng Ứng dụng ACS. Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ. 3: 135–140. doi: 10.1021 / acsaem.9b01972.
Khosravi, Mohsen; Bashirpour, Neda; Nematpour, Fatemeh (2013-11-01). "Tổng hợp Carbon cứng làm vật liệu cực dương cho pin Lithium Ion". Nghiên cứu vật liệu nâng cao. 829: 922–926. doi: 10.4028 / www.scientific.net / AMR.829.922. S2CID 95359308. Truy cập ngày 28 tháng 8 năm 2020.
Goriparti, Subrahmanyam; Miele, Ermanno; De Angelis, Francesco; Di Fabrizio, Enzo; Proietti Zaccaria, Remo; Capiglia, Claudio (2014). "Đánh giá về tiến bộ gần đây của vật liệu anốt cấu trúc nano cho pin Li-ion". Tạp chí Nguồn điện. 257: 421–443. Mã bib: 2014JPS ... 257..421G. doi: 10.1016 / j.jpowsour.2013.11.103.
Irisarri, E; Ponrouch, A; Palacín, MR (2015). "Đánh giá-Vật liệu điện cực âm cacbon cứng cho pin natri-ion". Tạp chí của Hiệp hội Điện hóa. 162: A2476. doi: 10.1149 / 2.0091514jes.
Dou, Xinwei; Hasa, Ivana; Saurel, Damien; Vaalma, Christoph; Wu, Liming; Buchholz, Daniel; Thợ trang điểm, Dominic; Komaba, Shinichi; Passerini, Stefano (2019). "Cacbon cứng cho pin natri-ion: Cấu trúc, phân tích, tính bền vững và điện hóa học". Vật liệu Ngày nay. 23: 87–104. doi: 10.1016 / j.mattod.2018.12.040
Poworks
Poworks là một nhà sản xuất chuyên nghiệp và nhà cung cấp của các hợp chất lithium.
