Material del cátodo de la batería de litio

Los principales materiales constituyentes de la batería de iones de litio incluyen un electrolito, un separador, un material positivo y negativo, y similares. El material del electrodo positivo ocupa una gran proporción (la relación de masa de los materiales positivos y negativos es de 3: 1 a 4: 1), porque el rendimiento del material del electrodo positivo afecta directamente el rendimiento de la batería de iones de litio y el costo directamente determina el costo de la batería.

Una batería de iones de litio es un sistema de batería secundaria en el que dos compuestos de intercalación de litio diferentes capaces de insertar y extraer iones de litio de forma reversible se utilizan como electrodo positivo y electrodo negativo de una batería. Durante la carga, los iones de litio se eliminan de la red cristalina del material del electrodo positivo, se insertan en la red cristalina del material del electrodo negativo después de pasar a través del electrolito, de modo que el electrodo negativo es rico en litio y el electrodo positivo se agota en litio. ; durante la descarga, los iones de litio se liberan de la red cristalina del material del electrodo negativo, después de pasar después de que el electrolito se inserta en la red cristalina del material del electrodo positivo, el electrodo positivo es rico en litio y el electrodo negativo está agotado en litio . Así, la diferencia entre los materiales positivos y negativos en la inserción y extracción de iones de litio con respecto al potencial del litio metálico es el voltaje de funcionamiento de la batería.

La batería de iones de litio es una nueva generación de baterías ecológicas de alta energía con un rendimiento excelente, que se ha convertido en uno de los puntos clave del desarrollo de alta tecnología. Las baterías de iones de litio tienen las siguientes características: alto voltaje, alta capacidad, bajo consumo, sin efecto memoria, sin contaminación, pequeño volumen, pequeña resistencia interna, menos autodescarga y más ciclos. Debido a sus características anteriores, las baterías de iones de litio se han aplicado a muchos campos civiles y militares, como teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras de video y cámaras digitales.

Secado del material del cátodo de la batería de litio mediante el secado por microondas de la nueva tecnología, que resuelve el problema del tiempo de secado de la tecnología de secado del material del cátodo de la batería de litio convencional, lo que hace que la rotación de capital sea lenta, un secado desigual y una profundidad de secado insuficiente

Las características específicas son:

1. El uso de equipos de secado por microondas de material de cátodo de batería de litio, rápido y rápido, puede completar el secado profundo en unos minutos, el contenido de agua final puede alcanzar más de una milésima

2. Material del cátodo de la batería de litio que se seca en microondas, que se seca uniformemente y tiene una buena calidad de secado.

3. Material de cátodo de batería de litio de secado por microondas, que es energéticamente eficiente, seguro y respetuoso con el medio ambiente.

4. El material del cátodo de la batería de secado por microondas, que no tiene inercia térmica y la rapidez del calentamiento es fácil de controlar, el material del cátodo de la batería de litio sinterizado por microondas tiene las características de velocidad de calentamiento rápida, alta tasa de utilización de energía, alta eficiencia de calefacción, seguridad y saneamiento y puede mejorar la uniformidad y el rendimiento del producto y mejorar la microestructura y las propiedades del material sinterizado.

En los últimos años, se han introducido políticas relacionadas con las baterías de litio para promover el establecimiento de empresas ascendentes y descendentes en la industria. La batería de litio se compone principalmente de un material de electrodo positivo, un material de electrodo negativo, un separador y un electrolito, y el material del electrodo positivo representa más del 40% del costo total de la batería de litio y el rendimiento del electrodo positivo. El material afecta directamente a varios índices de rendimiento de la batería de litio, por lo que los materiales del cátodo de la batería de litio ocupan una posición central en las baterías de litio.

Los materiales de cátodos de baterías de litio que se han comercializado en la actualidad incluyen cobaltato de litio, manganato de litio, fosfato de hierro y litio y materiales ternarios.

Con el rápido desarrollo de la economía de China, la creciente demanda de nuevos materiales para baterías, junto con la fuerte demanda de materiales de batería nuevos, eficientes y ecológicos para teléfonos móviles, computadoras portátiles, cámaras digitales, cámaras de video, automóviles, etc., China El mercado de nuevos materiales para baterías seguirá expandiéndose. batería de litio como la dirección de desarrollo futuro de la batería, sus perspectivas de desarrollo del mercado de material de cátodo son prometedoras. Al mismo tiempo, la promoción de teléfonos móviles 3G y la comercialización a gran escala de vehículos de nueva energía brindarán nuevas oportunidades para los materiales de cátodos de baterías de litio.

Aunque los materiales de cátodos de baterías de litio tienen un mercado amplio, las perspectivas son muy optimistas. Sin embargo, los materiales del cátodo de la batería de litio todavía tienen ciertos cuellos de botella técnicos, especialmente las ventajas de una alta capacitancia y un fuerte rendimiento de seguridad no se han aprovechado completamente.

De hecho, en el campo de los materiales de cátodos de baterías de litio, cualquier pequeña innovación tecnológica puede desencadenar una nueva ronda de expansión del mercado. Las empresas chinas deben fortalecer la investigación y el desarrollo de tecnologías clave para materiales de cátodos, ganar una posición de liderazgo internacional y mejorar la competitividad central. Aprovecha la competencia internacional.

En la actualidad, las baterías de litio tienen una baja densidad energética. En primer lugar, la densidad de energía es baja, el automóvil es pesado, el espacio es pequeño y es necesario descubrir nuevos materiales de batería. En segundo lugar, la duración de la batería es escasa. Se dice que la resistencia de más de 100 kilómetros es el estado ideal. La vida útil real en carretera es de unos 60 kilómetros. Si es en una gran ciudad como Beijing, 60 kilómetros no son suficientes. El tercero es la mala seguridad. Este problema sigue siendo controvertido porque los materiales utilizados para fabricar la batería son inestables y es fácil de explotar.

El material del ánodo de la batería de litio sujeta la línea de vida de seguridad de la batería de potencia. En el material del ánodo de la batería de iones de litio, además de las microperlas de mesocarbono grafitizado (MCMB), el carbono amorfo, el silicio o el estaño, ocupan una pequeña porción del mercado, el grafito natural y el grafito artificial ocupan más del 90% de la cuota de mercado de los materiales del ánodo. . En las estadísticas del mercado de materiales anódicos de 2011, la producción global total de materiales anódicos alcanzó las 32.000 toneladas, un aumento del 28% en comparación con el mismo período del año pasado, en el que tanto el grafito natural como los materiales anódicos de grafito artificial representaron el 89% del mercado. Cuota. En los últimos años, debido al crecimiento de los productos electrónicos, especialmente la aplicación de baterías de iones de litio en el campo de las tabletas para teléfonos móviles, los correspondientes materiales positivos y negativos de las baterías han aumentado rápidamente en los últimos años. Los materiales del ánodo de grafito han sido continuos desde 2009 hasta 2011. La tasa de crecimiento en tres años ha alcanzado más del 25%.

En 2013, la demanda global de diafragmas alcanzó los 563 millones de metros cuadrados, que fue 1,41 veces la capacidad del mercado en 2011, y el valor de producción fue de aproximadamente 1,7 mil millones de dólares estadounidenses. La demanda del mercado nacional de películas de barrera fue de aproximadamente 128 millones de metros cuadrados en 2011. Los productos de baterías de litio de China han representado alrededor del 30% de la participación del mercado mundial. La demanda del mercado de separadores domésticos ha crecido a la par del mercado de baterías de litio.

En la actualidad, el 80% del consumo de películas de separadores domésticos depende de las importaciones y todavía hay mucho espacio para la demanda de separadores domésticos. La proporción de separadores domésticos en el mercado nacional aumentará rápidamente. En 2013, se espera que la participación de los separadores domésticos en el mercado nacional supere el 30% y en 2015 supere el 40%.

En resumen, la dirección de desarrollo de los materiales del cátodo de la batería de iones de litio es el fosfato de hierro y litio. Aunque la investigación y el desarrollo de materiales de cátodos de fosfato de hierro y litio domésticos están en pleno apogeo, carecen de tecnologías innovadoras originales. Los materiales de ánodo de batería de iones de litio tienen dos direcciones de desarrollo en el futuro: materiales de titanato de litio y materiales a base de silicio. Los materiales a base de silicio desarrollados en los últimos años en China pueden cumplir básicamente los requisitos de alta capacidad específica, características de alta potencia y ciclo de vida prolongado, pero la industrialización también debe superar las limitaciones del proceso, el costo y el medio ambiente. China ha logrado ciertos logros en la localización de separadores de baterías de iones de litio, pero aún queda un largo camino por recorrer para lograr la producción en masa de productos de alta gama. El hexafluorofosfato de litio posee una ventaja absoluta en el mercado de electrolitos de baterías de iones de litio, pero China está básicamente sujeta a la tecnología japonesa, y su fuerza de investigación y desarrollo independiente es débil.

Recubrimiento conductor en materiales de batería

El tratamiento de superficies de sustratos conductores de baterías con recubrimientos funcionales es una innovación tecnológica revolucionaria. El papel de aluminio recubierto de carbono / papel de cobre es un recubrimiento fino y uniforme de grafito nanoconductor de aluminio y partículas recubiertas de carbono en la hoja de cobre. Proporciona una excelente conductividad estática y recoge microcorriente de material activo, lo que puede reducir en gran medida la resistencia de contacto entre el material del electrodo positivo / negativo y el colector de corriente, y mejorar la adhesión entre los dos, reduciendo la unión. La cantidad de agente utilizado, a su vez, da como resultado un aumento significativo en el rendimiento general de la batería.

El recubrimiento es a base de agua (sistema de agente acuoso) y aceitoso (sistema de disolvente orgánico).

Ventajas de rendimiento de los recubrimientos conductores recubiertos con lámina de carbono / lámina de cobre

1. Mejore significativamente la consistencia de la batería y reduzca significativamente la composición de la batería. Como:

· Reducir significativamente el aumento de la resistencia interna dinámica de la batería;

· Mejorar la consistencia de la presión diferencial del paquete de baterías;

· Extiende la vida de la batería;

· Reducir significativamente la composición de la batería.

2. Mejorar la adherencia y adherencia del material activo y el colector de corriente, y reducir el costo de fabricación de la pieza polar. Como:

Mejorar la adherencia del material del electrodo positivo y el colector utilizando el sistema acuoso;

Mejorar la adhesión de colectores y materiales de cátodos a nanoescala o submicrónicos;

Mejorar la adhesión del titanato de litio u otros materiales y colectores de ánodos de alta capacidad;

· Mejorar la tasa de pasadas de la pieza polar y reducir el costo de fabricación de la pieza polar.

Tabla de prueba de adhesión de piezas polares de batería recubiertas con papel de carbono y papel ligero

Después de que se usó el papel de aluminio recubierto de carbono, la adhesión de la pieza polar se incrementó de 10 gf a 60 gf (usando una cinta de 3 M o un método de cuchillo de cien barras), y la adhesión mejoró notablemente.

3. Reduzca la polarización, aumente el aumento y la capacidad en gramos y mejore el rendimiento de la batería. Como:

· Reducir parcialmente la proporción de aglutinante en el material activo y aumentar la capacidad en gramos;

Mejorar el contacto eléctrico entre la sustancia activa y el colector de corriente;

· Reducir la polarización y mejorar el rendimiento energético.

Tabla de rendimiento de la tasa de batería de diferentes láminas de aluminio

Entre ellos, C-AL es papel de aluminio recubierto de carbono, E-AL es papel de aluminio grabado, U-AL es papel de aluminio ligero.

4. Proteja el colector de corriente y prolongue la vida útil de la batería. Como:

· Evitar que el colector se corroa y oxide;

· Aumentar la tensión superficial del colector y mejorar el rendimiento de revestimiento fácil del colector;

? Puede reemplazar la costosa lámina grabada o reemplazar la lámina estándar original con una lámina más delgada.

Gráfico de ciclo de batería de diferentes láminas de aluminio (200 semanas)

(1) es un papel de aluminio ligero, (2) es un papel de aluminio grabado y (3) es un papel de aluminio recubierto de carbono.

Estudio de materiales de ánodo para baterías de litio

Como material de electrodo negativo de una batería secundaria de litio, primero, litio metálico, seguido de una aleación. Sin embargo, no pueden resolver el desempeño de seguridad de las baterías de iones de litio, lo que llevó al nacimiento de las baterías de iones de litio con materiales de carbono como electrodo negativo.

El material del electrodo negativo de la batería de polímero de iones de litio es sustancialmente el mismo que el de la batería de iones de litio. Como puede verse en el desarrollo de baterías de polímero de iones de litio, desde la comercialización de las baterías de iones de litio se han estudiado los siguientes materiales de electrodo negativo: materiales de carbono grafitizado, materiales de carbono amorfo, nitruros, materiales a base de silicio, materiales a base de estaño, nuevas aleaciones y otros materiales. Este capítulo describe principalmente materiales de ánodo prácticos, a saber, materiales de carbono grafitizado, y se discuten otros materiales de ánodo.

Para la aplicación práctica del material del ánodo, hay muchos factores a considerar, además de la capacidad reversible, la capacidad irreversible y el rendimiento del ciclo, también debe incluir la adhesión del material del ánodo al colector de corriente (propiedades del recubrimiento), y la preparación de la lengüeta del electrodo negativo. La densidad de compactación, la densidad de capacidad volumétrica, la densidad de capacidad de masa, etc., y estos últimos factores a menudo son ignorados por quienes se dedican al estudio de materiales de electrodos negativos. Por supuesto, la conductividad y el área superficial específica del material del electrodo negativo también son factores a considerar.

Debido a la variedad de materiales de carbono, para comprender mejor los materiales del ánodo, se introducirán algunos conocimientos básicos sobre los materiales de carbono.

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