Bahan Serbuk dalam Bateri Litium — Adakah Anda Tahu Yang Mana ？

Bateri litium terutamanya terdiri daripada anod, katod, pemisah, elektrolit, pengikat, agen pengalir, pengumpul arus, dan bahan pembungkus. Menurut klasifikasi bentuk bahan, anod, katod, pengikat, dan agen konduktif adalah bahan serbuk dalam bateri Litium. Sesetengah elektrolit keadaan pepejal adalah bahan serbuk, dan beberapa pemisah yang diubah suai juga mengandungi bahan serbuk.

Elektrod Positif

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

Litium Kobalt Oksida (LiCoO2): Pepejal hitam pada suhu bilik. Ia adalah sebatian bukan organik yang terkenal dengan kestabilannya, sintesis mudah, prestasi elektrokimia yang tinggi, dan hayat kitaran yang panjang. Ia adalah bahan katod pertama yang berjaya secara komersial untuk bateri lithium-ion dan digunakan terutamanya dalam bateri 3C.
Litium Mangan Oksida (LiMn2O4): Serbuk hitam-kelabu dengan struktur hablur spinel padu. Ia mengandungi tiga saluran pengangkutan ion litium, membolehkan penyebaran ion lebih cepat. Ini menjadikannya sesuai untuk bateri litium-ion cas kadar tinggi.
Bahan Positif Ternari (LiNixMnyCozO2): Bahan katod terner di mana Ni dan Mn menggantikan sebahagian Co dalam LiCoO2. Ia mewarisi kestabilan LiCoO2, kapasiti boleh balik tinggi LiNiO2, dan keselamatan LiMnO2. Kandungan Co yang lebih rendah mengurangkan kos, menjadikannya bahan katod yang menjanjikan.
Litium Besi Fosfat (LiFePO4): Dengan struktur olivin, ia tidak mengandungi unsur mahal seperti Co atau Ni. Ia adalah kos efektif, dengan bahan mentah yang banyak. Ia mempunyai voltan kerja sederhana (3.2V), kapasiti khusus tinggi (170 mAh/g), kuasa nyahcas yang besar, keupayaan pengecasan pantas dan hayat kitaran yang panjang.

Elektrod Negatif

Bahan elektrod negatif biasa termasuk grafit, karbon keras, karbon lembut, litium titanat dan bahan berasaskan silikon. Grafit adalah yang paling banyak digunakan, dan bahan berasaskan silikon mempunyai potensi yang paling tinggi.

grafit: Terutamanya terdiri daripada grafit, ia mempunyai kekonduksian tinggi, ketumpatan tenaga, kimia kestabilan, dan kos pembuatan yang rendah. Ia boleh didapati dalam bentuk semula jadi dan buatan.
Karbon Keras: Ia adalah karbon yang tidak grafit pada suhu tinggi. Ia mempunyai susunan kristal dalaman yang tidak teratur dan jarak antara lapisan yang besar, membolehkan lebih banyak penyimpanan cas, yang meningkatkan ketumpatan tenaga dan hayat bateri.
Karbon Lembut: Bahan ini mudah digrafikkan melebihi 2500°C. Ia mempunyai tahap susunan yang tinggi dan menyediakan voltan pengecasan/penyahcasan yang rendah dan stabil. Ia menawarkan kapasiti besar, kecekapan tinggi, dan prestasi berbasikal yang baik. Strukturnya bergantung pada suhu pensinteran. Bahan karbon lembut yang disediakan pada suhu di bawah 1000°C mempunyai sejumlah besar kecacatan, menyediakan sejumlah besar tapak aktif untuk penyimpanan litium, yang kondusif untuk kemasukan dan pengekstrakan ion litium yang lancar.
Litium Titanate: Serbuk putih dengan voltan pengekstrakan ion litium yang tinggi (1.55V vs Li/Li+). Ia mempunyai ciri keselamatan dan "tegangan sifar" yang tinggi, memastikan perubahan struktur yang minimum semasa pemasukan dan pengekstrakan ion litium. Ini menawarkan hayat kitaran teori tanpa had. Oleh itu, ia mempunyai nilai penyelidikan yang hebat dan prospek aplikasi komersial sebagai bahan elektrod negatif untuk penyimpanan tenaga dan bateri litium kuasa.
Bahan Berasaskan Silikon: Termasuk nano-silikon dan silikon suboksida. Bahan-bahan ini digunakan untuk anod silikon-karbon atau silikon-oksida. Anod berasaskan silikon menawarkan kapasiti spesifik dan ketumpatan tenaga yang jauh lebih tinggi daripada bahan berasaskan karbon, menjadikannya bahan anod generasi seterusnya yang paling menjanjikan.

Pengikat

Pengikat seperti Polyvinylidene Fluoride (PVDF) dan Styrene-Butadiena Rubber (SBR) digunakan. PVDF boleh digunakan untuk kedua-dua anod dan katod, manakala SBR biasanya digunakan untuk anod.

Polivinilidena Fluorida (PVDF): PVDF mempunyai kestabilan kimia yang sangat baik dan rintangan kakisan. Ia berkesan menentang kesan menghakis pelarut elektrolit. Ia juga menawarkan sifat ikatan yang baik, prestasi mekanikal dan kebolehprosesan. Fleksibiliti PVDF memastikan bahan aktif tidak tertanggal semasa pengembangan dan pengecutan.
Getah Stirena-Butadiena (SBR): SBR digunakan secara meluas sebagai pengikat berasaskan air, terutamanya dalam pengikat anod, di mana penggunaannya merangkumi 98%. Ia menawarkan lekatan yang kuat, kestabilan mekanikal dan kemudahan operasi. Ia membantu mengikat zarah bersama-sama dan meningkatkan dinamik bateri, mengurangkan impedans dan meningkatkan kestabilan berbasikal.

Agen Konduktif

Ejen konduktif digunakan untuk memastikan prestasi cas/pelepasan yang baik dengan mengumpul arus mikro dan mengarahkannya ke pengumpul semasa (aluminium atau kerajang tembaga). Ejen konduktif biasa termasuk karbon hitam, gentian karbon tumbuh wap (VGCF), dan tiub nano karbon (CNT).
Karbon hitam: Karbon amorfus iaitu serbuk hitam yang halus dan longgar. Ia dihasilkan oleh pembakaran bahan organik yang tidak lengkap dan rawatan suhu tinggi untuk meningkatkan kekonduksian dan ketulenan. Ia adalah agen konduktif yang paling biasa digunakan dalam bateri litium, meningkatkan hubungan antara zarah dan membentuk rangkaian konduktif.
Gentian Karbon Tumbuh Wap (VGCF): Gentian ini mempunyai modulus lentur yang tinggi dan pengembangan haba yang rendah. Menambah VGCF meningkatkan fleksibiliti dan kestabilan mekanikal, menjadikannya sesuai untuk bateri yang tahan lama dan output tinggi seperti yang digunakan dalam kenderaan elektrik.
Karbon Nanotiub (CNT): Galangan CNT hanya separuh daripada karbon hitam. Impedans rendah membawa kekonduksian yang baik, meningkatkan polarisasi, dan menjadikan prestasi kitaran lebih baik. Jumlah karbon hitam yang ditambah adalah kira-kira 3% daripada berat bahan elektrod positif, manakala jumlah CNT ditambah hanya 0.8%~1.5%. Jumlah tambahan yang rendah boleh menjimatkan ruang untuk bahan aktif, dengan itu meningkatkan ketumpatan tenaga. Walau bagaimanapun, CNT tidak mudah untuk disebarkan. Pada masa ini, industri secara amnya menggunakan ricih berkelajuan tinggi, menambah dispersan, dan serakan elektrostatik manik pengisaran ultra-halus untuk memprosesnya.

Elektrolit Keadaan Pepejal

Beberapa elektrolit keadaan pepejal juga dalam bentuk serbuk:

Germanium Disulfida Ketulenan Tinggi (GeS2): Serbuk putih dengan kekonduksian ionik yang tinggi, kestabilan kimia, dan jangka hayat yang panjang. Ia boleh mencapai ketulenan 99.99%.
Litium Lanthanum Zirkonium Oksida (LLZO): Bahan ini mempunyai kekonduksian ionik yang sangat baik (1.5×10-4S/cm) dan digunakan untuk penyediaan bateri litium keadaan pepejal. Ia boleh disintesis dengan sol-gel, pembakaran suhu rendah, mikroemulsi, dan kaedah lain.
Litium Lanthanum Zirkonium Tantalum Oksida (LLZTO): Ia menawarkan kekonduksian ionik yang tinggi, kestabilan kimia dan kestabilan terma. Dengan mengoptimumkan proses penyediaan dan struktur kristal, sifat elektriknya boleh dipertingkatkan lagi untuk memenuhi keperluan bateri keadaan pepejal berprestasi tinggi.

Serbuk elektrolit keadaan pepejal lain termasuk barium sulfat, litium fosforus sulfur klorida (sulfida kestabilan tinggi), dan litium germanium fosforus sulfur sulfida.

Pemisah Bateri

Pemisah tradisional mempunyai kestabilan yang lemah pada suhu tinggi, menjejaskan keselamatan. Untuk meningkatkan keselamatan, pemisah diubah suai dengan menambah salutan serbuk. Pemisah yang diubah suai ini mengandungi bahan serbuk.

Aluminium Oksida (Al2O3)：Aluminium oksida adalah banyak di alam semula jadi, dengan sifat lengai kimia yang sangat baik, kestabilan haba dan sifat mekanikal. Ia biasanya digunakan dalam pemisah seramik untuk meningkatkan prestasi keseluruhan pemisah poliolefin. Ia juga merupakan serbuk bukan organik yang digunakan dalam pengubahsuaian diafragma bateri litium dalam kuantiti yang banyak.
Boehmite (AlOOH): Boehmite, juga dikenali sebagai aluminium oksida monohidrat, adalah sejenis aluminium oksida dengan air kristal. Ia adalah prekursor aluminium oksida yang tidak boleh ditukar ganti. Penghasilan AlOOH lebih mudah daripada α-Al2O3. Dalam industri, buburan boehmite diperoleh dengan kaedah hidroterma gibbsite, dan kemudian serbuk ultrafine AlOOH diperoleh dengan menapis, mengeringkan dan menghancurkan.
Titanium Dioksida (TiO2): TiO2 tidak toksik, stabil, dan mudah dikawal dalam penyediaan. Ia meningkatkan kestabilan haba pemisah, kebolehbasahan elektrolit, dan mengurangkan impedans antara muka, sekali gus meningkatkan pengangkutan litium-ion. Ia adalah bahan yang baik untuk mengubah suai pemisah polimer organik.
Silikon Dioksida (SiO2): SiO2 ialah pengisi tak organik yang biasa digunakan untuk mengubah suai polimer. Kawasan permukaan yang besar dan kumpulan hidroksil (Si-OH) meningkatkan kebolehbasahan pemisah, meningkatkan pengangkutan litium-ion dan meningkatkan prestasi elektrokimia. SiO2 juga menguatkan kekuatan mekanikal pemisah dan menghalang pertumbuhan dendrit, mengurangkan litar pintas terma. Tidak seperti Al2O3, TiO2, dan AlOOH, SiO2 lebih mudah dikawal dan diubah suai.

Bedak Epik

Epic Powder pakar dalam menyediakan penyelesaian pengisaran termaju yang penting untuk penghasilan bahan serbuk dalam bateri litium. Dengan peralatan tercanggih kami, seperti kilang jet, kilang bola dan pengelas udara, kami memastikan kawalan yang tepat ke atas saiz Zarah dan pengedaran, mengoptimumkan prestasi bahan bateri kritikal seperti katod, anod dan agen konduktif. Teknologi canggih kami bukan sahaja meningkatkan kecekapan pembuatan bateri tetapi juga menyokong pembangunan bateri keadaan pepejal generasi seterusnya dan bateri berprestasi tinggi. Bekerjasama dengan Epic Powder bermakna membuka kunci potensi bahan serbuk anda dalam bateri litium untuk penyelesaian penyimpanan tenaga yang unggul.