Introducción del sistema de batería de litio de tres vías

Es bien sabido que en los últimos años, con su alta capacidad, buena estabilidad de ciclo y costo moderado, la batería de litio de potencia, que se utiliza como material de electrodo positivo, ha ido ocupando gradualmente una posición cada vez más importante en la industria de las baterías de potencia.

En el Salón Internacional del Automóvil de Shanghai de 2015, la proporción de baterías de iones de litio en los vehículos de nueva energía superó la de las baterías de fosfato de hierro y litio. La mayoría de las principales empresas automovilísticas nacionales, incluidas Geely, Chery, Chang 'an, Zhongtai y China, han lanzado nuevos modelos energéticos con tres baterías de potencia. Por ejemplo, la serie Beiqi EV, Qirui Q, Airuize 3EV, JianghuaiiEV4, Jilidihao 100, incluido Chen Yuyun EV, etc. Entonces, ¿cuál es la razón del aumento de la resistencia de las baterías de material ternario?

Como se mencionó en el artículo anterior "Hand in Hand", el rendimiento de las baterías de iones de litio depende principalmente de sus materiales de cátodo, y las baterías de iones de litio generalmente reciben el nombre de materiales de cátodo. La mayoría de las baterías de material ternario en el mercado se refieren a baterías de iones de litio con níquel cobalto manganeso como material positivo.

Se ha descubierto que la proporción de níquel cobalto manganeso en el material tripolar de níquel cobalto manganeso se puede ajustar dentro de un cierto rango, y su rendimiento varía con la proporción de níquel cobalto manganeso. Por lo tanto, para reducir aún más el contenido de metales de transición de alto costo como el níquel cobalto y mejorar aún más el rendimiento de los materiales polares positivos, los países de todo el mundo han trabajado mucho en la investigación y el desarrollo de materiales ternarios de níquel, cobalto y manganeso. Se proponen varios sistemas de materiales ternarios con diferentes proporciones de níquel cobalto manganeso, incluidos los sistemas 333, 523, 811. Algunos sistemas han logrado con éxito la producción y aplicación industrial.

Características estructurales del electrodo positivo ternario de níquel cobalto manganeso

Los materiales ternarios de níquel-cobalto manganeso generalmente se pueden expresar como: LiNix Coy MnzO2, donde X + Y + Z = 1.

Dependiendo de la relación molar (relación X: Y: Z) de los tres elementos, se denominan respectivamente sistemas diferentes, como un material ternario que consta de relaciones molares de níquel a cobalto manganeso (X: Y: Z) 1: 1: 1, denominado 333; El sistema con una relación molar de 5: 2: 3 se denomina sistema 523.

Los materiales triplete del Tipo 333, Tipo 523 y Tipo 811 pertenecen a la estructura de sal de roca en capas de α-NaFeO2 del sistema hexagonal.

En los materiales ternarios de níquel-cobalto-manganeso, los principales estados de valencia de los tres elementos son +2, +3 y +4, respectivamente, y el Ni es el principal elemento activo. La reacción y la transferencia de carga durante la carga son las siguientes:

Reacción positiva: LiMO2- → Li1-xMO2 + xLi + XE-

Reacción negativa: nC + xLi + XE- → LixCn

Reacción total de la batería: LiMO2 + nC- → Li1-xMO2 + LixCn

En general, cuanto mayor sea el contenido del componente de metal activo, mayor será la capacidad del material, pero cuando el contenido de Ni es demasiado alto, hará que Ni2 + ocupe la posición Li +, exacerbando la mezcla de cationes, resultando en una disminución. en capacidad. El Co también es un metal activo, pero puede desempeñar un papel en la inhibición de la mezcla de cationes, estabilizando así la estructura en capas del material; Mn no participa en reacciones electroquímicas, lo que brinda seguridad y estabilidad al tiempo que reduce los costos.

Características de los diferentes sistemas de baterías de iones de litio trifásicas de níquel, cobalto y manganeso

Hay muchas baterías de sistemas ternarios de níquel-cobalto-manganeso en el mercado hoy en día, como los sistemas 523, 111, 811, etc.

Como batería alimentada por vehículos, el mercado ha impuesto requisitos cada vez más estrictos sobre su densidad de energía. Sin embargo, el pez y la palma de oso no se pueden obtener al mismo tiempo. En la Figura 2, se puede ver que si desea obtener una celda de energía de alta densidad de energía y segura y estable, debe aumentar la proporción de Ni y Co en el material ternario. Acompañado de los riesgos de seguridad provocados por las características vivas del Ni y el aumento de costes provocado por la falta de recursos de Co.

Para cada sistema de baterías ternarias de níquel, cobalto y manganeso, haga también una simple introducción aquí.

LiNi 0,5 Co 0,2 Mn 0,302

El material ternario tipo 523 es el material ternario más utilizado en la actualidad, porque tiene una mayor capacidad específica y estabilidad térmica, y la madurez y estabilidad del proceso continúan aumentando, y la participación del mercado nacional se ha expandido rápidamente. El material ternario 523 persigue un gran volumen y una alta capacidad específica (alta densidad de compactación), seguido de un equilibrio entre el rendimiento del ciclo, el rendimiento de la velocidad, la estabilidad térmica y la autodescarga. Como batería de potencia, puede mejorar en gran medida la resistencia de las herramientas eléctricas. capacidad.

LiNi1 / 3Co1 / 3 Mn1 / 302

El material ternario tipo 111 tiene las ventajas de energía, multiplicador, reciclabilidad y desempeño de seguridad. Sin embargo, la eficiencia de la primera carga y descarga del material 111 es baja, y la mezcla de iones en la capa de litio afecta la estabilidad del material y la plataforma de voltaje de descarga. bajo. En la actualidad, la mejora de la densidad de vibración, la temperatura alta y baja, la estabilidad del ciclo y el rendimiento de la relación del material LiNi1 / 3Co1 / 3 Mn1 / 302 se ha convertido en un punto clave en la investigación de este material. La celda de energía preparada con material ternario tipo 111 tiene una alta capacidad, circularidad, aumento, descarga a baja temperatura, capacidad de retención de carga y rendimiento de seguridad, y puede cumplir con los requisitos de EV y HEV para celdas de energía.

LiNi 0.8 Co0.1 Mn 0.102

811 Este material tiene las ventajas de alta capacidad y bajo precio debido a su alto contenido de Ni y bajo contenido de Co, pero también es más difícil lograr la misma estabilidad que el sistema 111. Debido a que el contenido de Ni es demasiado alto, su costo de fabricación también aumentará. Este material de la serie Ni también tiene altos requisitos ambientales para la producción de baterías. Las baterías 811 requieren la cooperación del electrolito de alto voltaje. Por lo tanto, el proceso de fabricación de los materiales de la serie 811 es el foco de la investigación actual. En la actualidad, el 811 es un material con alto contenido de Ni que se fabrica mejor en Japón y Corea del Sur, como Sumitomo y otras empresas en Japón. Hay muchos fabricantes nacionales, como Bangpu y Dahua. La mayoría de ellos se encuentran solo en la etapa experimental y aún no se ha formado la escala de producción en masa.

2,4 LiNi 0,6 Co 0,2 Mn 0,202

Cuando mayor es el contenido de Ni, mayor es la capacidad, la importancia del material aparece gradualmente cuando el contenido de Ni alcanza más del 60%. La capacidad específica de la batería de litio ternaria de níquel-cobalto manganeso 622 es mayor que la del tipo 523, la capacidad en gramos puede alcanzar 160 mA horas o más, e incluso en el caso de alto voltaje, puede alcanzar 180 mA, y el el rendimiento de procesamiento es bueno. El desarrollo de 622 tipos de materiales es el foco del desarrollo industrial actual y también es muy adecuado para baterías de vehículos eléctricos con alta densidad de energía.

Situación actual y desarrollo del ion de litio de tres vías

A escala mundial, las baterías de iones de litio representan actualmente más del 80% del mercado mundial de baterías de iones de litio y ocupan más del 81% del mercado de baterías para vehículos eléctricos que requieren mayor rendimiento y seguridad. A diferencia del mercado nacional, los envíos de baterías eléctricas nacionales alcanzaron los 15,7 GWh en 2015, de los cuales aún dominaban las baterías de fosfato de hierro y litio, que representan casi el 69% del mercado; Los envíos de baterías de materiales ternarios representaron el 27%. En términos de subdivisión adicional, en el campo de los automóviles de pasajeros, los tipos de baterías están dominados por materiales ternarios y los envíos de baterías alcanzan los 1,93 GWh; En el campo de los automóviles de pasajeros, está equipado principalmente con baterías de fosfato de hierro y litio, que representan el 84% del volumen de la batería de los automóviles de pasajeros eléctricos puros [5] Y ...

24 de enero de este año, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información sobre la política de "subsidio de suspensión" de la batería ternaria, aunque los fabricantes de baterías de litio ternarias del primer golpe, sino también a este mercado ha impuesto ciertas restricciones. En la actualidad, la calidad de los productos de baterías ternarias en las plantas de baterías de energía doméstica es de hecho desigual. La estabilidad de los materiales ternarios en sí es más débil que la del fosfato de hierro y litio, especialmente con requisitos de proceso complejos. Por razones de seguridad, esta política de "suspensión" también regula la industria y el mercado desde cierto ángulo, que es una cierta necesidad.

Sin embargo, en el campo de las baterías de litio, la densidad de energía, las características de baja temperatura, las características de potencia y las propiedades de almacenamiento a alta temperatura son todas superiores a otros materiales, y seguramente se convertirán en una fuerza no despreciable para los materiales de electrodos positivos de baterías de litio. ¡Se espera que su cabello grueso y fino!

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