¿Por qué la batería de litio ternaria no puede reemplazar completamente el cobaltato de litio?

El cobaltato de litio es el creador de materiales de cátodos para baterías de iones de litio. Desde 1980, nunca ha dejado de explorar su desempeño. Hasta ahora, el óxido de cobalto de litio todavía representa aproximadamente el 90% del mercado de baterías de iones de litio en productos electrónicos. El cobaltato de litio se puede utilizar hoy en día, no porque no tenga defectos. Después de cinco años de desarrollo, el óxido de cobalto y litio ha llegado a su límite. Estos se explicarán en detalle más adelante en el análisis. Creo que la mayor ventaja del cobalto del ácido de litio es que realmente encuentra el campo adecuado para sí mismo. También es como decir, adecuado es el mejor.

De hecho, hay muchos lugares insatisfactorios para el óxido de cobalto y litio. Por ejemplo, su seguridad y resistencia a sobrecargas no son buenas. La dependencia de los escasos recursos de cobalto, el rendimiento del ciclo es relativamente pobre, etc. Estos defectos también se destinan al cobalto. Es poco probable que el ácido de litio tenga un lugar en términos de energía, lo que también evita la competencia con otros materiales a base de manganeso y materiales del sistema de ácido fosfórico en el feroz mercado de la energía. Se dedica al mercado 3C y, lo que es más importante, a sus numerosos defectos. En el campo 3C, ha sido bien cubierto. La pequeña batería de litio 3C de alta capacidad no tiene requisitos estrictos de seguridad y resistencia a sobrecargas, y el ciclo de más de 500 semanas básicamente puede satisfacer la demanda, aunque el precio del cobalto es muy alto. Sin embargo, debido al sencillo proceso de síntesis y al lucrativo retorno de beneficios de los productos 3C, lo más importante es que en los materiales de cátodo actuales, el óxido de cobalto de litio tiene casi la densidad de energía más alta, a pesar de la energía del niquelato de litio y NCA y alto contenido de níquel. . La densidad tiene diferentes ventajas que el cobaltato de litio, pero una serie de razones, como la inmadurez del proceso, el estado de corriente principal del óxido de cobalto de litio no ha podido sacudirse.

Sin embargo, recientemente, debido a la demanda sin precedentes de densidad de energía de los productos 3C, en los nuevos materiales de alta densidad, los defectos de la densidad de energía están expuestos sin precedentes:

Primero, en términos de capacidad en gramos, el cobaltato de litio tiene un valor teórico de 275 mAh / g, pero debido a la fase superior de la banda, Li1-xCoO2 conduce a una gran cantidad de agujeros en las bandas de O2 y 2P cuando ocurre una descarga profunda. . Cuando la cantidad x> 0,5, el oxígeno en la red cristalina se desorbe y la estructura cristalina es inestable, por lo que la capacidad específica reversible real del cobaltato de litio es generalmente de aproximadamente 140, y no hay ninguna mejora adicional con el voltaje convencional.

En términos de densidad de compactación, el óxido de litio y cobalto es el mejor material de electrodo positivo para el procesamiento de electrodos, y su control morfológico se ha vuelto perfecto. En la actualidad, su densidad de compactación ha alcanzado su propio límite y es casi imposible mejorarla nuevamente.

Desde la dirección de alto voltaje, otro defecto fatal del cobaltato de litio es la sensibilidad al alto voltaje. Por supuesto, el cobaltato de litio ordinario combinado con un electrolito de alta presión, a 4,35 V, apenas puede cumplir con los requisitos en términos de ciclo, y al doparse con un elemento de Mg o similar, tiene el potencial a un voltaje más alto. Sin embargo, el cobaltato de litio ordinario ya es el límite a 4,35 V, y el cobaltato de litio dopado por dopaje puede soportar un voltaje más alto. Sin embargo, el dopaje de elementos aumenta el costo de procesamiento del cobaltato de litio. Más importante aún, los materiales ternarios han resaltado la ventaja de la densidad de energía sobre el cobaltato de litio a altos voltajes y, en base a su potencial para voltajes más altos, la amenaza para el óxido de cobalto y litio está aumentando.

La aplicación práctica de materiales ternarios comenzó con el auge del método de coprecipitación de hidróxido en 2001. Los materiales preparados por este método tienen una estructura en capas completa, excelente rendimiento electroquímico, casi sin defectos en el laboratorio, e incluso mucha gente cree que los materiales ternarios pronto reemplazará al óxido de cobalto de litio debido a sus ventajas de costos y su relativa compatibilidad con el medio ambiente. Sin embargo, diez años después, los materiales ternarios no han reemplazado al óxido de cobalto y litio, y la gente ha visto la enorme ventaja de los materiales ternarios, sin embargo, ven más golpes desde el laboratorio hasta la industrialización.

Un buen proceso de industrialización, además de ser simple y factible, también debe prestar atención a todos los aspectos de las propiedades del material, el método de coprecipitación de hidróxido y los materiales ternarios preparados, que son difíciles de usar solos debido a la aglomeración secundaria de partículas pequeñas. Cuerpo, es fácil de romper en el laminado, incluso si el aglomerado es denso y liso, es difícil asegurar la forma del material a alta presión. Los expertos coreanos han simulado los materiales ternarios bajo diferentes presiones en una reunión. En el caso de la rotura de partículas, se encontró que incluso si la presión no es muy alta, más del 15% de las bolas pequeñas se romperán. Por supuesto, con la mejora continua del proceso sintético, el ternario actual ya puede tener una densidad de compactación de 3.3-3.5. En este intervalo, puede haber un mejor rendimiento electroquímico. Lo que hay que explicar aquí es que el material ternario actual no es incapaz de compactarse, pero a alta presión, las partículas secundarias se rompen, lo que conduce inevitablemente a materiales activos y el contacto del agente conductor aglutinante no es apretado, lo que provoca polarización. y deteriora el funcionamiento del electrodo. En la actualidad, la solución principal es mezclar con cobaltato de litio, y las partículas primarias de cobaltato de litio son tres. El metamaterial proporciona soporte para garantizar un buen rendimiento de procesamiento de electrodos. Además, algunos fabricantes mezclan y sinterizan cobaltato de litio y ternario para producir un material con una capacidad en gramos superior al cobaltato de litio y una densidad compacta de 3,95, lo que mejora el procesamiento de los electrodos. Rendimiento y estabilidad del material relativamente mejorada, pero el costo de este material es relativamente alto y la densidad de energía no puede exceder el nivel actual de óxido de cobalto y litio. Esto también plantea nuevos desafíos al proceso de materiales ternarios.

De hecho, la densidad real del cobaltato de litio es aproximadamente 5.1, y el material ternario (111 es un ejemplo) es aproximadamente 4.8, pero la compactación final bajo el proceso actual es muy diferente (cobaltato de litio 4.2, ternario 3.6), además, debido a que el electrolito de 4.35V se ha retrasado en la industrialización en China, lo que ha llevado al uso de materiales ternarios en productos electrónicos de gama baja y en ciertos campos de energía a pesar de las ventajas de costos.

Por lo tanto, en esta etapa, desde el punto de vista del material, cómo mejorar la densidad de compactación ternaria es uno de los problemas más realistas, para asegurar que la estructura de la capa de material ternario sea estable, de modo que tenga la capacidad teórica de gramo para jugar, si Al aumentar la densidad de compactación en un 10%, la densidad de energía del material ternario puede alcanzar el nivel de cobaltato de litio de alta calidad. Basado en su ventaja de costo, mayor seguridad y buen potencial de alto voltaje, el material ternario reemplazará al óxido de cobalto de litio. Es solo una previsión de un laboratorio.

En este sentido, de acuerdo con la idea del cobaltato de litio, convertimos el material ternario en una partícula esférica primaria de óxido de cobalto de litio (parece fácil de decir, pero el entorno de crecimiento de la partícula primaria ternaria necesita un control estricto, para asegurar el control de la apariencia y la consistencia del producto son auto-preparados a partir del precursor. Está muy cerca del óxido de litio y cobalto en términos de morfología. Teniendo en cuenta que el rendimiento de la tasa de material ternario no es tan bueno como el del cobaltato de litio, También hemos diseñado la distribución de tamaño de partícula correspondiente. Intente equilibrar la velocidad, la estabilidad y la densidad de energía. El LNCM-35 anterior ya puede lograr una compactación de 3.7-3.9. Se espera que la compactación de nuevos materiales después del proceso de mejora se mejore aún más. Además, para la corriente en el mercado principal de 532, pronto estará disponible nuestro nuevo lote de 532 productos LNCM-50. Si bien garantiza 3.6 o más compactación, es nuestro c tema actual para mejorar su estabilidad.

La página contiene el contenido de la traducción automática.