Lityum piller temel olarak anot, katot, ayırıcı, elektrolit, bağlayıcı, iletken madde, akım toplayıcı ve paketleme malzemelerinden oluşur. Malzeme formu sınıflandırmasına göre anot, katot, bağlayıcı ve iletken madde şunlardır: toz malzemeler Lityum pillerde. Bazı katı hal elektrolitleri toz malzemelerdir ve bazı modifiye edilmiş ayırıcılar da toz malzemeler içerir.
Pozitif Elektrot
Ticari olarak satılan pozitif elektrot malzemeleri arasında Lityum Kobalt Oksit (LiCoO2), Lityum Manganez Oksit (LiMn2O4), NCM (LiNixMnyCozO2) ve Lityum Demir Fosfat (LiFePO4).
- Lityum Kobalt Oksit (LiCoO2): Oda sıcaklığında siyah bir katıdır. Kararlılığı, basit sentezi, yüksek elektrokimyasal performansı ve uzun çevrim ömrüyle bilinen inorganik bir bileşiktir. Lityum iyon piller için ticari olarak başarılı olan ilk katot malzemesidir ve çoğunlukla 3C pillerde kullanılır.
- Lityum Manganez Oksit (LiMn2O4): Kübik spinel kristal yapıya sahip siyah-gri bir tozdur. Üç lityum iyon taşıma kanalı içerir ve bu da daha hızlı iyon difüzyonu sağlar. Bu nedenle yüksek hızlı şarjlı lityum iyon piller için uygundur.
- Üçlü Pozitif Malzeme (LiNixMnyCozO2): Ni ve Mn'nin LiCoO2'de kısmen Co'nun yerini aldığı üçlü bir katot malzemesi. LiCoO2'nin kararlılığını, LiNiO2'nin yüksek geri dönüşüm kapasitesini ve LiMnO2'nin güvenliğini miras almıştır. Daha düşük Co içeriği maliyetleri düşürerek onu umut vadeden bir katot malzemesi haline getirir.
- Lityum Demir Fosfat (LiFePO4): Olivin yapısı sayesinde Co veya Ni gibi pahalı elementler içermez. Bol miktarda hammadde içerdiğinden uygun maliyetlidir. Orta düzeyde çalışma voltajı (3,2 V), yüksek özgül kapasite (170 mAh/g), yüksek deşarj gücü, hızlı şarj kabiliyeti ve uzun çevrim ömrüne sahiptir.
Negatif Elektrot
Yaygın negatif elektrot malzemeleri arasında grafit, sert karbon, yumuşak karbon, lityum titanat ve silikon bazlı malzemeler bulunur. Grafit en yaygın kullanılanıdır ve silikon bazlı malzemeler en büyük potansiyele sahiptir.
- Grafit: Esas olarak grafitten oluşur, yüksek iletkenliğe, enerji yoğunluğuna sahiptir, kimyasal stabilite ve düşük üretim maliyetleri sunar. Doğal ve yapay formları mevcuttur.
- Sert Karbon: Yüksek sıcaklıklarda grafitleşmeyen karbondur. Düzensiz iç kristal dizilimine ve geniş katmanlar arası boşluğa sahiptir, bu da daha fazla şarj depolamasına olanak tanır, bu da enerji yoğunluğunu ve pil ömrünü artırır.
- Yumuşak Karbon: Bu malzeme 2500°C'nin üzerinde kolayca grafitlenir. Yüksek bir düzen derecesine sahiptir ve düşük, kararlı bir şarj/deşarj voltajı sağlar. Yüksek kapasite, yüksek verimlilik ve iyi bir döngü performansı sunar. Yapısı sinterleme sıcaklığına bağlıdır. 1000°C'nin altındaki sıcaklıklarda hazırlanan yumuşak karbon malzemeler, çok sayıda kusura sahiptir ve lityum depolama için çok sayıda aktif bölge sağlayarak lityum iyonlarının sorunsuz bir şekilde yerleştirilmesine ve çıkarılmasına olanak tanır.
- Lityum Titanat: Yüksek lityum iyon çıkarma voltajına (1,55 V'a karşı Li/Li+) sahip beyaz bir tozdur. Yüksek güvenlik ve "sıfır gerilim" özelliklerine sahip olup, lityum iyon yerleştirme ve çıkarma sırasında minimum yapısal değişiklik sağlar. Bu, sınırsız teorik çevrim ömrü sunar. Bu nedenle, enerji depolama ve güç lityum pilleri için negatif elektrot malzemesi olarak büyük araştırma değerine ve ticari uygulama potansiyeline sahiptir.
- Silikon Bazlı Malzemeler: Nano-silikon ve silisyum suboksit içerir. Bu malzemeler, silisyum-karbon veya silisyum oksit anotlar için kullanılır. Silisyum bazlı anotlar, karbon bazlı malzemelere göre çok daha yüksek özgül kapasite ve enerji yoğunluğu sunarak onları en umut verici yeni nesil anot malzemeleri haline getirir.
Bağlayıcılar
Poliviniliden Florür (PVDF) ve Stiren-Bütadien Kauçuk (SBR) gibi bağlayıcılar kullanılır. PVDF hem anot hem de katot için kullanılabilirken, SBR genellikle anot için kullanılır.
- Poliviniliden Florür (PVDF): PVDF, mükemmel kimyasal kararlılığa ve korozyon direncine sahiptir. Elektrolit çözücülerin aşındırıcı etkisine karşı etkili bir şekilde direnç gösterir. Ayrıca iyi bağlanma özellikleri, mekanik performans ve işlenebilirlik sunar. PVDF'nin esnekliği, aktif maddelerin genleşme ve büzülme sırasında ayrılmamasını sağlar.
- Stiren-Bütadien Kauçuk (SBR): SBR, özellikle anot bağlayıcılarda su bazlı bir bağlayıcı olarak yaygın olarak kullanılır ve uygulama alanı 98%'dir. Güçlü yapışma, mekanik stabilite ve kullanım kolaylığı sunar. Parçacıkları birbirine bağlamaya yardımcı olur ve pil dinamiklerini iyileştirerek empedansı azaltır ve döngü stabilitesini artırır.
İletken Maddeler
- İletken maddeler, mikro akımları toplayıp akım toplayıcıya (alüminyum veya bakır folyo) yönlendirerek iyi bir şarj/deşarj performansı sağlamak için kullanılır. Yaygın iletken maddeler şunlardır: karbon siyahı, buharla yetiştirilen karbon lifleri (VGCF) ve karbon nanotüpler (CNT).
- Karbon siyahı: İnce, gevşek siyah bir toz olan amorf bir karbon. Organik maddelerin eksik yanması ve iletkenlik ile saflığı artırmak için yüksek sıcaklıkta işlenmesiyle üretilir. Lityum pillerde en yaygın kullanılan iletken maddedir, parçacıklar arasındaki teması iyileştirir ve iletken bir ağ oluşturur.
- Buharla Üretilen Karbon Elyaflar (VGCF): Bu lifler yüksek eğilme modülüne ve düşük termal genleşmeye sahiptir. VGCF eklenmesi, esnekliği ve mekanik stabiliteyi artırarak, elektrikli araçlarda kullanılanlar gibi uzun ömürlü, yüksek çıkışlı piller için uygun hale getirir.
- Karbon Nanotüpler (CNT): CNT'nin empedansı, karbon siyahının yalnızca yarısı kadardır. Düşük empedans, iyi iletkenlik sağlar, polarizasyonu iyileştirir ve çevrim performansını daha iyi hale getirir. Eklenen karbon siyahı miktarı, pozitif elektrot malzemesinin ağırlığının yaklaşık 3%'si kadarken, eklenen CNT miktarı yalnızca 0,8%~1,5%'dir. Düşük ekleme miktarı, aktif malzemeler için yerden tasarruf sağlayarak enerji yoğunluğunu artırabilir. Ancak, CNT'nin dağıtılması kolay değildir. Günümüzde endüstri, işlemek için genellikle yüksek hızlı kesme, dağıtıcı ekleme ve ultra ince öğütme boncukları elektrostatik dispersiyon kullanmaktadır.
Katı Hal Elektrolitleri
Bazı katı hal elektrolitleri toz halinde de bulunur:
- Yüksek Saflıkta Germanyum Disülfür (GeS2): Yüksek iyonik iletkenliğe, kimyasal kararlılığa ve uzun ömre sahip beyaz bir tozdur. .99% saflığa ulaşabilir.
- Lityum Lantan Zirkonyum Oksit (LLZO): Bu malzeme mükemmel iyonik iletkenliğe (1,5×10-4S/cm) sahiptir ve katı hal lityum pil hazırlamada kullanılır. Sol-jel, düşük sıcaklıkta yanma, mikroemülsiyon ve diğer yöntemlerle sentezlenebilir.
- Lityum Lantan Zirkonyum Tantal Oksit (LLZTO): Yüksek iyonik iletkenlik, kimyasal kararlılık ve termal kararlılık sunar. Hazırlama süreci ve kristal yapısı optimize edilerek, elektriksel özellikleri yüksek performanslı katı hal pillerinin ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde daha da iyileştirilebilir.
Diğer katı hal elektrolit tozları arasında baryum sülfat, lityum fosfor kükürt klorür (yüksek kararlılıkta sülfür) ve lityum germanyum fosfor kükürt sülfür bulunur.
Pil Ayırıcı
Geleneksel ayırıcılar yüksek sıcaklıklarda zayıf stabiliteye sahiptir ve bu da güvenliği etkiler. Güvenliği artırmak için ayırıcılar toz boya eklenerek modifiye edilir. Bu modifiye ayırıcılar toz malzemeler içerir.
- Alüminyum Oksit (Al2O3)Alüminyum oksit, doğada bol miktarda bulunur ve mükemmel kimyasal inertliğe, termal kararlılığa ve mekanik özelliklere sahiptir. Poliolefin ayırıcıların genel performansını iyileştirmek için seramik ayırıcılarda yaygın olarak kullanılır. Ayrıca, lityum pil diyaframlarının büyük miktarlarda modifikasyonunda kullanılan inorganik bir tozdur.
- Böhmit (AlOOH): Monohidratlı alüminyum oksit olarak da bilinen böhmit, kristal su içeren bir alüminyum oksit türüdür. Yerini dolduramayan bir alüminyum oksit öncüsüdür. AlOOH üretimi, α-Al2O3'ten daha kolaydır. Endüstride, böhmit bulamacı gibsit hidrotermal yöntemiyle elde edilir ve ardından filtreleme, kurutma ve kırma işlemleriyle ultra ince AlOOH tozu elde edilir.
- Titanyum Dioksit (TiO2): TiO2 toksik değildir, kararlıdır ve hazırlanması kolaydır. Ayırıcının termal kararlılığını, elektrolit ıslanabilirliğini artırır ve arayüz empedansını azaltarak lityum iyon taşınmasını iyileştirir. Organik polimer ayırıcılarını modifiye etmek için iyi bir malzemedir.
- Silisyum Dioksit (SiO2): SiO2, polimerleri modifiye etmek için kullanılan yaygın bir inorganik dolgu maddesidir. Geniş yüzey alanı ve hidroksil grupları (Si-OH), ayırıcının ıslanabilirliğini artırır, lityum iyon taşınmasını iyileştirir ve elektrokimyasal performansı iyileştirir. SiO2 ayrıca ayırıcının mekanik mukavemetini artırır ve dendrit büyümesini önleyerek termal kısa devreleri azaltır. Al2O3, TiO2 ve AlOOH'un aksine, SiO2'nin kontrolü ve modifiye edilmesi daha kolaydır.
Epik Toz
Epic Powder, lityum pillerdeki toz malzemelerin üretimi için hayati önem taşıyan gelişmiş öğütme çözümleri sağlama konusunda uzmanlaşmıştır. Jet değirmenler, bilyalı değirmenler ve hava sınıflandırıcılar gibi son teknoloji ekipmanlarımızla, hassas kontrol sağlıyoruz. parçacık boyutu ve dağıtım, katotlar, anotlar ve iletken maddeler gibi kritik pil malzemelerinin performansını optimize eder. Son teknoloji ürünlerimiz, pil üretiminin verimliliğini artırmanın yanı sıra yeni nesil katı hal ve yüksek performanslı pillerin geliştirilmesini de destekler. Epic Powder ile ortaklık kurmak, üstün enerji depolama çözümleri için lityum pillerdeki toz malzemelerinizin potansiyelini ortaya çıkarmak anlamına gelir.