Bahan Serbuk dalam Baterai Litium — Tahukah Anda?

Baterai litium terutama terdiri dari anoda, katoda, separator, elektrolit, pengikat, agen konduktif, pengumpul arus, dan bahan pengemas. Berdasarkan bentuk materialnya, anoda, katoda, pengikat, dan agen konduktif dibagi menjadi: bahan bubuk dalam baterai Litium. Beberapa elektrolit solid-state berupa material bubuk, dan beberapa separator yang dimodifikasi juga mengandung material bubuk.

Elektroda Positif

Bahan elektroda positif yang dikomersialkan meliputi Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2), Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4), NCM (LiNixMnyCozO2), dan Litium Besi Fosfat (LiFePO4).

Litium Kobalt Oksida (LiCoO2): Padatan hitam pada suhu ruang. Senyawa anorganik ini dikenal karena stabilitasnya, sintesisnya yang sederhana, kinerja elektrokimia yang tinggi, dan siklus hidupnya yang panjang. Senyawa ini merupakan material katoda pertama yang sukses secara komersial untuk baterai litium-ion dan terutama digunakan dalam baterai 3C.
Litium Mangan Oksida (LiMn2O4): Serbuk hitam-abu-abu dengan struktur kristal spinel kubik. Bubuk ini mengandung tiga saluran transpor ion litium, yang memungkinkan difusi ion lebih cepat. Hal ini membuatnya cocok untuk baterai litium-ion dengan muatan tinggi.
Bahan Positif Terner (LiNixMnyCozO2): Material katode terner di mana Ni dan Mn menggantikan sebagian Co dalam LiCoO2. Material ini mewarisi stabilitas LiCoO2, kapasitas reversibel LiNiO2 yang tinggi, dan keamanan LiMnO2. Kandungan Co yang lebih rendah mengurangi biaya, menjadikannya material katode yang menjanjikan.
Litium Besi Fosfat (LiFePO4)Dengan struktur olivin, ia tidak mengandung unsur-unsur mahal seperti Co atau Ni. Hemat biaya, dengan bahan baku yang melimpah. Ia memiliki tegangan kerja sedang (3,2V), kapasitas spesifik tinggi (170 mAh/g), daya pelepasan tinggi, kemampuan pengisian cepat, dan siklus hidup panjang.

Elektroda Negatif

Material elektroda negatif yang umum meliputi grafit, karbon keras, karbon lunak, litium titanat, dan material berbasis silikon. Grafit adalah material yang paling banyak digunakan, dan material berbasis silikon memiliki potensi paling besar.

Grafit:Terutama terdiri dari grafit, memiliki konduktivitas tinggi, kepadatan energi, bahan kimia stabilitas, dan biaya produksi rendah. Tersedia dalam bentuk alami dan buatan.
Karbon Keras: Karbon ini tidak membentuk grafit pada suhu tinggi. Karbon ini memiliki susunan kristal internal yang tidak teratur dan jarak antar lapisan yang besar, memungkinkan penyimpanan muatan lebih banyak, yang meningkatkan kepadatan energi dan masa pakai baterai.
Karbon LunakMaterial ini mudah digrafitisasi di atas 2500°C. Material ini memiliki tingkat keteraturan yang tinggi dan menghasilkan tegangan pengisian/pengosongan yang rendah dan stabil. Material ini menawarkan kapasitas besar, efisiensi tinggi, dan kinerja siklus yang baik. Strukturnya bergantung pada suhu sintering. Material karbon lunak yang disiapkan pada suhu di bawah 1000°C memiliki banyak cacat, sehingga menyediakan banyak situs aktif untuk penyimpanan litium, yang mendukung penyisipan dan ekstraksi ion litium yang lancar.
Litium TitanatSerbuk putih dengan tegangan ekstraksi ion litium tinggi (1,55V vs Li/Li+). Serbuk ini memiliki keamanan tinggi dan sifat "tanpa regangan", memastikan perubahan struktur minimal selama penyisipan dan ekstraksi ion litium. Hal ini menawarkan siklus hidup teoretis yang tak terbatas. Oleh karena itu, serbuk ini memiliki nilai penelitian dan prospek aplikasi komersial yang besar sebagai material elektroda negatif untuk penyimpanan energi dan daya baterai litium.
Bahan Berbasis SilikonMeliputi nano-silikon dan silikon suboksida. Material ini digunakan untuk anoda silikon-karbon atau silikon-oksida. Anoda berbasis silikon menawarkan kapasitas spesifik dan kepadatan energi yang jauh lebih tinggi daripada material berbasis karbon, menjadikannya material anoda generasi mendatang yang paling menjanjikan.

Pengikat

Pengikat seperti Polivinilidena Fluorida (PVDF) dan Karet Stirena-Butadiena (SBR) digunakan. PVDF dapat digunakan untuk anoda maupun katoda, sementara SBR biasanya digunakan untuk anoda.

Polivinilidena Fluorida (PVDF)PVDF memiliki stabilitas kimia dan ketahanan korosi yang sangat baik. PVDF secara efektif menahan efek korosif dari pelarut elektrolit. PVDF juga menawarkan sifat ikatan, kinerja mekanis, dan kemudahan pemrosesan yang baik. Fleksibilitas PVDF memastikan zat aktif tidak terlepas selama pemuaian dan penyusutan.
Karet Stirena-Butadiena (SBR)SBR banyak digunakan sebagai pengikat berbasis air, terutama dalam pengikat anoda, yang aplikasinya mencakup 98%. SBR menawarkan daya rekat yang kuat, stabilitas mekanis, dan kemudahan operasional. SBR membantu mengikat partikel dan meningkatkan dinamika baterai, mengurangi impedansi, dan meningkatkan stabilitas siklus.

Agen Konduktif

Agen konduktif digunakan untuk memastikan kinerja pengisian/pengosongan yang baik dengan mengumpulkan arus mikro dan mengarahkannya ke pengumpul arus (aluminium atau foil tembaga). Agen konduktif yang umum meliputi: karbon hitam, serat karbon yang tumbuh dengan uap (VGCF), dan karbon nanotube (CNT).
Karbon hitamKarbon amorf berupa bubuk hitam halus dan lepas. Karbon ini diproduksi melalui pembakaran zat organik yang tidak sempurna dan perlakuan suhu tinggi untuk meningkatkan konduktivitas dan kemurniannya. Karbon ini merupakan agen konduktif yang paling umum digunakan dalam baterai litium, meningkatkan kontak antar partikel dan membentuk jaringan konduktif.
Serat Karbon yang Ditumbuhkan dengan Uap (VGCF)Serat-serat ini memiliki modulus lentur yang tinggi dan ekspansi termal yang rendah. Penambahan VGCF meningkatkan fleksibilitas dan stabilitas mekanis, sehingga cocok untuk baterai berdaya tahan tinggi dan tahan lama seperti yang digunakan pada kendaraan listrik.
Karbon Nanotube (CNT)Impedansi CNT hanya setengah dari impedansi karbon hitam. Impedansi rendah menghasilkan konduktivitas yang baik, meningkatkan polarisasi, dan meningkatkan kinerja siklus. Jumlah karbon hitam yang ditambahkan sekitar 3% dari berat material elektroda positif, sementara jumlah CNT yang ditambahkan hanya 0,8%~1,5%. Jumlah penambahan yang rendah dapat menghemat ruang untuk material aktif, sehingga meningkatkan densitas energi. Namun, CNT tidak mudah terdispersi. Saat ini, industri umumnya menggunakan pemotongan berkecepatan tinggi, penambahan dispersan, dan dispersi elektrostatik butiran penggilingan ultra-halus untuk memprosesnya.

Elektrolit Padat

Beberapa elektrolit padat juga berbentuk bubuk:

Germanium Disulfida Kemurnian Tinggi (GeS2)Bubuk putih dengan konduktivitas ionik tinggi, stabilitas kimia, dan masa pakai yang lama. Kemurniannya dapat mencapai 99,99%.
Litium Lantanum Zirkonium Oksida (LLZO)Material ini memiliki konduktivitas ionik yang sangat baik (1,5×10⁻⁴S/cm) dan digunakan untuk preparasi baterai litium solid-state. Material ini dapat disintesis melalui sol-gel, pembakaran suhu rendah, mikroemulsi, dan metode lainnya.
Litium Lantanum Zirkonium Tantalum Oksida (LLZTO): Ia menawarkan konduktivitas ionik, stabilitas kimia, dan stabilitas termal yang tinggi. Dengan mengoptimalkan proses preparasi dan struktur kristal, sifat listriknya dapat ditingkatkan lebih lanjut untuk memenuhi kebutuhan baterai solid-state berkinerja tinggi.

Bubuk elektrolit padat lainnya termasuk barium sulfat, litium fosfor sulfur klorida (sulfida stabilitas tinggi), dan litium germanium fosfor sulfur sulfida.

Pemisah Baterai

Separator tradisional memiliki stabilitas yang buruk pada suhu tinggi, sehingga memengaruhi keselamatan. Untuk meningkatkan keselamatan, separator dimodifikasi dengan menambahkan lapisan bubuk. Separator yang dimodifikasi ini mengandung material bubuk.

Aluminium Oksida (Al2O3)Aluminium oksida melimpah di alam, dengan kelembaman kimia, stabilitas termal, dan sifat mekanik yang sangat baik. Umumnya digunakan dalam separator keramik untuk meningkatkan kinerja separator poliolefin secara keseluruhan. Aluminium oksida juga merupakan bubuk anorganik yang digunakan dalam modifikasi diafragma baterai litium dalam jumlah besar.
Boehmite (AlOOH): Boehmite, juga dikenal sebagai aluminium oksida monohidrat, adalah sejenis aluminium oksida dengan air kristal. Boehmite merupakan prekursor aluminium oksida yang tak tergantikan. Produksi AlOOH lebih mudah daripada α-Al2O3. Dalam industri, bubur boehmite diperoleh dengan metode hidrotermal gibbsit, kemudian bubuk ultrafine AlOOH diperoleh melalui penyaringan, pengeringan, dan penghancuran.
Titanium Dioksida (TiO2)TiO2 tidak beracun, stabil, dan mudah dikontrol selama proses preparasi. TiO2 meningkatkan stabilitas termal separator, kemampuan pembasahan elektrolit, dan mengurangi impedansi antarmuka, sehingga meningkatkan transpor ion litium. TiO2 merupakan material yang baik untuk memodifikasi separator polimer organik.
Silikon Dioksida (SiO2)SiO2 adalah pengisi anorganik umum yang digunakan untuk memodifikasi polimer. Luas permukaannya yang besar dan gugus hidroksilnya (Si-OH) meningkatkan keterbasahan separator, meningkatkan transpor ion litium, dan meningkatkan kinerja elektrokimia. SiO2 juga memperkuat kekuatan mekanis separator dan mencegah pertumbuhan dendrit, sehingga mengurangi korsleting termal. Tidak seperti Al2O3, TiO2, dan AlOOH, SiO2 lebih mudah dikontrol dan dimodifikasi.

Bubuk Epik

Epic Powder berspesialisasi dalam menyediakan solusi penggilingan canggih yang krusial untuk produksi material bubuk dalam baterai litium. Dengan peralatan canggih kami, seperti jet mill, ball mill, dan pengklasifikasi udara, kami memastikan kontrol yang presisi atas ukuran partikel dan distribusi, mengoptimalkan kinerja material baterai penting seperti katoda, anoda, dan agen konduktif. Teknologi mutakhir kami tidak hanya meningkatkan efisiensi produksi baterai tetapi juga mendukung pengembangan baterai solid-state dan baterai berkinerja tinggi generasi mendatang. Bermitra dengan Epic Powder berarti membuka potensi material bubuk Anda dalam baterai litium untuk solusi penyimpanan energi yang unggul.