Analysieren Sie Lithium-Ionen-Batterien aus chemischer Sicht
Batterieübersicht
Wie alle chemischen Batterien bestehen Lithium-Ionen-Batterien aus drei Teilen: positive Elektrode, negative Elektrode und Elektrolyt. Die Elektrodenmaterialien sind alle Lithium-Ionen, die eingefügt (insertiert)/deinterkaliert (deinterkaliert) werden können.
Kathodenmaterial
Kathodenmaterial: Es gibt viele verfügbare Kathodenmaterialien, und die meisten Mainstream-Produkte verwenden Lithiumeisenphosphat. Vergleich verschiedener Kathodenmaterialien:
Kathodenmaterial
Durchschnittliche Ausgangsspannung
Energiedichte
LiCoO2
3.7 V
140 mAh/g
Li2MnO3
3.7 V
100 mAh/g
LiFePO4
3.2 V
130 mAh/g
Li2FePO4F
3.6 V
115 mAh/g
Reaktion der positiven Elektrode: Beim Entladen werden Lithium-Ionen interkaliert und beim Laden werden Lithium-Ionen deinterkaliert. Beim Laden: LiFePO4→ Li1-xFePO4 plus xLi plus plus xe- Beim Entladen: Li1-xFePO4 plus xLi plus plus xe- →LiFePO4
Anodenmaterial
Anodenmaterial: Meist wird Graphit verwendet. Neue Forschungen haben ergeben, dass Titanat ein besseres Material sein könnte. Negative Reaktion: Beim Laden werden Lithium-Ionen eingelagert, beim Entladen werden Lithium-Ionen ausgelagert. Beim Laden: xLi plus plus xe- plus 6C → LixC6 Beim Entladen: LixC6→ xLi plus plus xe- plus 6C
Es wird grob in folgende Kategorien eingeteilt:
Der erste Typ sind Kohlenstoff-Anodenmaterialien: Die Anodenmaterialien, die tatsächlich in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind im Wesentlichen Kohlenstoffmaterialien, wie beispielsweise künstlicher Graphit, natürlicher Graphit, Mesophasen-Kohlenstoff-Mikrokügelchen, Petrolkoks, Kohlenstofffasern und pyrolytischer Harzkohlenstoff.
Der zweite Typ sind Anodenmaterialien auf Zinnbasis: Anodenmaterialien auf Zinnbasis können in Zinnoxide und Verbundoxide auf Zinnbasis unterteilt werden. Oxid bezieht sich auf das Oxid von Zinnmetall in verschiedenen Wertigkeitszuständen. Es gibt keine kommerziellen Produkte.
Der dritte Typ ist ein lithiumhaltiges Übergangsmetallnitrid-Anodenmaterial, für das es keine kommerziellen Produkte gibt.
Der vierte Typ sind Legierungsanodenmaterialien: einschließlich Legierungen auf Zinnbasis, Legierungen auf Siliziumbasis, Legierungen auf Germaniumbasis, Legierungen auf Aluminiumbasis, Legierungen auf Antimonbasis, Legierungen auf Magnesiumbasis und andere Legierungen. Es gibt keine kommerziellen Produkte.
Der fünfte Typ sind Anodenmaterialien im Nanomaßstab: Kohlenstoffnanoröhren, Nanolegierungsmaterialien.
Die sechste Art von Nanomaterial ist Nanooxidmaterial: Gemäß den neuesten Trends in der Marktentwicklung der neuen Energieindustrie von Lithiumbatterien im Jahr 2009 haben viele Unternehmen begonnen, Nanotitanoxid und Nanosiliziumoxid zu verwenden, um die bisherigen Traditionen zu ergänzen Graphit, Zinnoxid, Nanokohlenstoff Im Inneren der Röhre werden die Lade- und Entladekapazität sowie die Anzahl der Lade- und Entladezeiten der Lithiumbatterie erheblich verbessert.
Elektrolyt
Gelöster Stoff: Lithiumsalze werden häufig verwendet, wie Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) und Lithiumtetrafluorborat (LiBF4). Lösungsmittel: Da die Arbeitsspannung der Batterie viel höher ist als die Zersetzungsspannung von Wasser, werden in Lithium-Ionen-Batterien häufig organische Lösungsmittel wie Ether, Ethylencarbonat, Propylencarbonat und Diethylcarbonat verwendet. Organische Lösungsmittel beschädigen oft die Struktur von Graphit während des Ladens, wodurch es abblättert und eine Festelektrolyt-Zwischenphase (SEI) auf seiner Oberfläche bildet, die eine Elektrodenpassivierung verursacht. Organische Lösungsmittel bringen auch Sicherheitsprobleme wie Entflammbarkeit und Explosion mit sich.
Leitfähige Beschichtung
Batteriebeschichtete Carbon-Aluminium-Folie (leitfähige Beschichtung)
Vorteile von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie in Lithium-Ionen-Batterieanwendungen
1. Hemmen Sie die Batteriepolarisation, reduzieren Sie thermische Effekte und verbessern Sie die Ratenleistung;
2. Reduzieren Sie den Innenwiderstand der Batterie und reduzieren Sie den Anstieg des dynamischen Innenwiderstands während des Zyklus erheblich.
3. Verbesserung der Konsistenz und Erhöhung der Lebensdauer der Batterie;
4. Verbessern der Haftung zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor und Reduzieren der Herstellungskosten des Polstücks;
5. Schützen Sie den Stromkollektor vor Korrosion durch den Elektrolyten;
6. Verbessern Sie die Verarbeitungsleistung von Lithiumeisenphosphat- und Lithiumtitanatmaterialien.
Leitfähige Beschichtung
Die Oberflächenbehandlung von batterieleitenden Substraten mit funktionalen Beschichtungen ist eine bahnbrechende technologische Innovation. Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie/Kupferfolie dient zum gleichmäßigen und feinen Auftragen von dispergiertem nanoleitfähigem Graphit und kohlenstoffbeschichteten Partikeln auf Aluminiumfolie/Kupferfolie. Es kann eine hervorragende statische elektrische Leitfähigkeit bereitstellen, den Mikrostrom des aktiven Materials sammeln, was den Kontaktwiderstand zwischen dem positiven/negativen Elektrodenmaterial und dem Stromkollektor stark verringern kann, und die Haftung zwischen den beiden verbessern, was die Haftung verringern kann Die eingesetzte Wirkstoffmenge wiederum verbessert die Gesamtleistung der Batterie erheblich. Die Beschichtung wird in zwei Arten unterteilt: auf Wasserbasis (wässriges System) und auf Ölbasis (organisches Lösungsmittelsystem).
Leistungsunterschied
Leistungsvorteile von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie/Kupferfolie
1. Verbessern Sie die Konsistenz des Batteriepakets erheblich und reduzieren Sie die Kosten für die Batteriezusammensetzung erheblich. wie:
Reduzieren Sie den dynamischen Anstieg des Innenwiderstands der Batteriezelle erheblich;
Verbessern Sie die Konsistenz der Druckdifferenz des Akkus;
Verlängern Sie die Batterielebensdauer;
Reduzieren Sie die Batteriekosten erheblich.
Verbessern Sie die Konsistenz der Akkunutzung erheblich
Verbessern Sie die Konsistenz der Akkunutzung erheblich
2. Verbessern Sie die Haftkraft des aktiven Materials und des Stromkollektors und reduzieren Sie die Herstellungskosten des Polschuhs. wie:
Verbessern Sie die Haftung des positiven Elektrodenmaterials und des Kollektors mit dem wasserbasierten System;
Verbessern Sie die Haftung von Kathodenmaterialien und Kollektoren im Nano- oder Submikronbereich;
Verbessern Sie die Haftung von Lithiumtitanat oder anderen Anodenmaterialien und Kollektoren mit hoher Kapazität;
Verbessern Sie die Durchgangsrate von Pole Pieces und reduzieren Sie die Kosten von Pole Pieces.
Verbessern Sie die Haftung von Aktivmaterialien und Stromkollektoren
Testchart der Haftung des Batteriepolschuhs der kohlenstoffbeschichteten Aluminiumfolie und der Lichtfolie
Nach der Verwendung von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie wird die Haftung des Polstücks von den ursprünglichen 10 gf auf 60 gf erhöht (unter Verwendung von 3M-Klebeband oder 100-Raster-Messer-Methode) und die Haftung wird erheblich verbessert.
3. Reduzieren Sie die Polarisierung, erhöhen Sie die Rate und die Grammkapazität und verbessern Sie die Batterieleistung. wie:
Binderanteil im Aktivmaterial partiell reduzieren und Grammkapazität erhöhen;
Verbessern Sie den elektrischen Kontakt zwischen dem aktiven Material und dem Stromkollektor;
Reduzieren Sie die Polarisierung und verbessern Sie die Leistung.
Reduzieren Sie die Polarisation, erhöhen Sie die Vergrößerung und die Grammkapazität
Reduzieren Sie die Polarisation, erhöhen Sie die Vergrößerung und die Grammkapazität
Batterieleistungsdiagramme verschiedener Aluminiumfolien
Darunter ist C-AL eine kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie, E-AL eine geätzte Aluminiumfolie und U-AL eine leichte Aluminiumfolie
4. Schützen Sie den Stromabnehmer und verlängern Sie die Lebensdauer der Batterie. wie:
Korrosion und Oxidation des Stromkollektors verhindern;
Verbessern Sie die Oberflächenspannung des Stromkollektors und verbessern Sie die einfache Beschichtungsleistung des Stromkollektors;
Es kann teurere Ätzfolien ersetzen oder die originalen Standardfolien durch dünnere Folien ersetzen.
Batteriezyklus-Kurvendiagramm verschiedener Aluminiumfolien (200 Wochen)
Darunter ist (1) leichte Aluminiumfolie, (2) geätzte Aluminiumfolie, (3) kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie
