Літый-іённыя акумулятары з'яўляюцца асноўнай тэхналогіяй назапашвання энергіі для сучаснай электронікі і электрамабіляў. Аптымізацыя прадукцыйнасці заўсёды была ў цэнтры ўвагі. Пры распрацоўцы акумулятараў... памер часціц з графітавы адмоўны электрод звычайна значна большы, чым у станоўчых матэрыялаў (напрыклад, фасфат жалеза літый, трайныя матэрыялы, аксід літыя і кобальту). Гэта адрозненне ў памерах часціц абумоўлена такімі фактарамі, як уласцівасці матэрыялу, электрахімічныя патрэбы, вытворчыя працэсы і мэты аптымізацыі прадукцыйнасці. У гэтым артыкуле разглядаюцца прычыны такога адрознення ў памерах і коратка апісваецца яго ўплыў на прадукцыйнасць акумулятара.
Розніца ў ўласцівасцях матэрыялаў і электрахімічных патрабаваннях
Характарыстыкі пазітыўных матэрыялаў і патрабаванні да памеру часціц
Катодныя матэрыялы ўключаюць аксід літыя і кобальту (LiCoO₂), фасфат жалеза літый (LiFePO₄), трайныя матэрыялы (напрыклад, LiNiₓCoᵧMn₁₋ₓ₋ᵧO₂). Гэтыя матэрыялы маюць меншыя памеры часціц па наступных прычынах:
- Слабая праводнасцьТакія матэрыялы, як фасфат літыя і жалеза, маюць нізкую праводнасць. Больш дробныя часціцы скарачаюць шляхі дыфузіі іонаў літыя і паляпшаюць хуткасць.
- Аптымізацыя ўдзельнай плошчы паверхніМеншыя часціцы павялічваюць плошчу паверхні, што спрыяе ўвядзенню і экстракцыі іонаў літыя. Аднак яны могуць агламеравацца. Фасфат літыя і жалеза мае тэндэнцыю да агламерацыі, таму памер часціц неабходна кантраляваць.
- Невялікая змена аб'ёмуЗмена аб'ёму падчас зарадкі/разрадкі ў катодных матэрыялах невялікая (каля 6,51 TP3T для фасфату літыя і жалеза). Гэта дазваляе аптымізаваць прадукцыйнасць меншых часціц.
Характарыстыкі графіту Адмоўны электрод і патрабаванні да памеру часціц
Графітавыя адмоўныя электродныя матэрыялы (у тым ліку аноды на аснове натуральнага, сінтэтычнага графіту і крэмнію) звычайна маюць большы памер часціц. Прычыны гэтага наступныя:
- Выдатная праводнасцьГрафіт мае добрую праводнасць. Больш буйныя часціцы памяншаюць пабочныя рэакцыі з электралітам і мінімізуюць незваротныя страты ёмістасці ў першым цыкле.
- Змены аб'ёму буферызацыіГрафіт пашыраецца да 10-151 TP3T падчас зарадкі/разрадкі, у той час як крэмніевыя аноды пашыраюцца да 3001 TP3T. Больш буйныя часціцы амартызуюць напружанне, памяншаюць расколіны і падаўжаюць тэрмін службы.
- Структурная стабільнасцьСлаістая структура графіту больш стабільная ў буйных часціцах, што прадухіляе фрагментацыю з-за пашырэння.
Змены аб'ёму і структурная стабільнасць
Змены аб'ёму падчас зарадкі і разрадкі
- Пнадмоўнае змяненне аб'ёму электродаГрафіт пашыраецца на 10-151 TP3T, а крэмній — на 3001 TP3T. Больш буйныя часціцы амартызуюць гэта напружанне, памяншаючы расколіны і падаўжаючы тэрмін службы.
- Змена аб'ёму станоўчага электродаКатодныя матэрыялы (напрыклад, фасфат літыя і жалеза) маюць невялікае змяненне аб'ёму (каля 6,51 TP³T). Больш дробныя часціцы аптымізуюць прадукцыйнасць.
Патрабаванні да структурнай стабільнасці
- АнодБуйнейшыя часціцы зніжаюць напружанне на мяжы падзелу фаз, прадухіляючы расколіны часціц або разрыў мембраны SEI.
- КатодМеншыя часціцы павялічваюць структурную шчыльнасць, паляпшаючы эфектыўнасць дыфузіі іонаў літыя.
Вытворчыя працэсы і стабільнасць суспензіі
Падрыхтоўка суспензіі і працэс нанясення пакрыцця
Катодная суспензія:
- Патрабуецца высокая дысперсійнасць для аднастайнасці пакрыццёМеншыя часціцы лягчэй змяшаць раўнамерна. Памер часціц (напрыклад, 5-15 мкм) неабходна кантраляваць, каб прадухіліць агламерацыю.
- ВыклікБольш дробныя часціцы маюць нізкую глейкасць суспензіі і, як правіла, выраўноўваюцца падчас нанясення пакрыцця. Загушчальнікі (напрыклад, КМЦ) прадухіляюць асяданне.
Анодная суспензія:
- Патрабуюцца больш буйныя часціцы (10-20 мкм), каб паменшыць асяданне і палепшыць стабільнасць суспензіі. Гэта дазваляе пазбегнуць драпін або пашкоджанняў падчас нанясення пакрыцця.
- ПеравагаШырокае размеркаванне памераў часціц (напрыклад, 10-20 мкм) дапамагае меншым часціцам запаўняць прамежкі паміж большымі, паляпшаючы шчыльнасць электродаў і аб'ёмную шчыльнасць энергіі.
Галіновыя стандарты і сцэнарыі прымянення
Тыпы акумулятараў маюць розныя патрабаванні да памеру часціц:
- Літый-кобальтава-аксідная батарэяКатод 5-15 мкм, анод 10-20 мкм.
- Літый-жалеза-фасфатны акумулятарКатод нанамаштабны (0,1-1 мкм), анод 10-20 мкм (нанапамер для павышэння праводнасці).
- Трайная батарэяКатод 5-15 мкм, анод 10-20 мкм (балансаванне шчыльнасці энергіі і бяспекі).
Поўнае рэзюмэ прычын
Аптымізацыя электрахімічнай прадукцыйнасці
- КатодБольш дробныя часціцы паляпшаюць хуткасць і прапускную здольнасць.
- АнодБольш буйныя часціцы памяншаюць пабочныя рэакцыі і паляпшаюць эфектыўнасць першага цыкла.
Структурная стабільнасць
- АнодБольш буйныя часціцы памяншаюць напружанне падчас зарадкі/разрадкі, павышаючы стабільнасць.
- КатодМеншыя часціцы паляпшаюць эфектыўнасць дыфузіі іонаў літыя і аптымізуюць электрахімічныя характарыстыкі.
Адаптацыя вытворчага працэсу
- Катодная суспензіяПатрабуецца высокая дысперснасць, таму лепш за ўсё падыходзяць меншыя часціцы.
- Анодная суспензіяПатрабуе высокай стабільнасці, што робіць больш прыдатнымі больш буйныя часціцы.
Праверка галіновых стандартаў
Прамысловыя стандарты (напрыклад, аксід літыя і кобальту, трайныя батарэі) вызначаюць памеры часціц, каб збалансаваць прадукцыйнасць і бяспеку.
Эпічны парашок
Большы памер часціц графітавага адмоўнага электрода ў параўнанні з катоднымі матэрыяламі ў літый-іённых акумулятарах з'яўляецца вынікам некалькіх фактараў. Да іх адносяцца ўласцівасці матэрыялу (праводнасць, змены аб'ёму), электрахімічныя патрэбы (хуткасць разрадкі, тэрмін службы), вытворчыя працэсы (стабільнасць суспензіі, аднастайнасць пакрыцця) і мэты аптымізацыі прадукцыйнасці. Дзякуючы перадавым тэхналогіям драбнення і класіфікацыі Epic Powder, гэтыя характарыстыкі матэрыялу можна дакладна кантраляваць для павышэння прадукцыйнасці акумулятара. Індывідуальныя рашэнні Epic Powder для аптымізацыі памеру часціц гарантуюць, што як анодныя, так і катодныя матэрыялы дасягнуць аптымальнай эфектыўнасці і стабільнасці. Гэтая канструкцыя ў спалучэнні з перадавым абсталяваннем Epic Powder з'яўляецца ключом да аптымізацыі шчыльнасці энергіі, стабільнасці цыклаў і бяспекі, што пазіцыянуе яе як вырашальны фактар у развіцці тэхналогіі літый-іённых акумулятараў.