Ухаалаг, өндөр хөгжилтэй нийгмийн хөгжлийн хүрээнд шинэ эрчим хүчний хувийг эрчим хүчний архитектурын системд нэмэгдэж байна, ялангуяа сүүлийн жилүүдэд шинэ эрчим хүчний автомашины салбарын хурдтай хөгжил нь эрчим хүчний салбарыг шинэчилж байна. Литиум ионы зай данс өндөр эрчим хүчний нягт, сайн мөчлөгийн гүйцэтгэл, бага өөрөө цэнэг алдах зэрэг давуу талтай. Тиймээс эрчим хүчний хадгалах төхөөрөмжийн хувьд цахилгаан зай, 3C дижитал, эрчим хүчний баазыг болон бусад салбарт өргөн ашиглагдаж байна.
Одоогоор хэрэглээний анод материалууд нь үндсэндээ аморф нүүрс (зөөлөн нүүрс болон хатуу нүүрс), графит (байгалийн графит болон хиймэл графит), литиум титнатаас болон кремнийд суурилсан материалаас (кремний, кремний оксид, аморф кремний) бүрдэж байна. Эдгээрийн дотор цахилгаан зайд ашиглагддаг графитын анод материалууд нийлүүлэлтийн 97%-с дээш хувийг эзэлж байна. Гэвч өндөр чанартай графит бүтээгдэхүүнүүд 360-365 мА·г-1 хүчин чадал нь графитыг 372 мА·г-1 теоретик грамм хүчин чадалтай ойрхон байна. Зайны эрчим хүчний нягтыг сайжруулахад хязгаарлагдмал зай нь цаашдын сайжруулалтыг саатуулах бусад хангагч хүчин зүйлс. Тиймээс анод материалын өндөр эрчим хүчний нягтыг хөгжүүлэх нь элементийн эрчим хүчний нягтыг сайжруулах гол түлхүүр юм.
Дээд хүчин чадалтай 3579 мА·г-1 болон электрохимийн литийн оруулах потенциалаар 0.4 V(vs.Li/Li +) бүхий кремнийд суурилсан материал, мөн нөөцийн арвин төвлөрөлтэй, дараагийн үеийн өндөр эрчим хүчний нягт литиум ионы зайд хамгийн хүчтэй анод материал гэж үзэж байна. Холбогдох судалгаа нь байдлыг илтгэн харуулж байна: эрчим хүчний нягт 280 Вт·кг-1-с хэтрэхэд лити ихтэй анод ашиглахгүйгээр кремний сөрөг электродыг ашиглах хэрэгтэй. Гэвч Li+ орох үйл явцад аморф LixSi нь кремний хэсгүүдийн гадаргуу дээр гарч ирдэг бол дотоод кремний хэсгүүд нь кристаль хэвээр байна. Литиумын концентраци Li22Si5 бүрэлдсэн үед, теоретик хүчин чадал нь дээд тал нь 4200 мА·г-1-ийг хүрч, хэмжээний өргөтгөл нь 320% -д хүрч, нүүрсний материалын 16% -ийн хэмжээний өргөтгөлөөс хэд дахин их. Бөөнөөр деформац үүсэх нь хатуу үеийн электролитийн давхаргын (SEI) эвдэлж, дахин үүсэх бөгөөд анхны Кулоны үр ашиг (ICE) буурч, идэвхтэй лити ионуудын алдагдалд хүргэдэг. Графиттай хольсон кремний анод материалын бага хувийн хэмжээ нь эрчим хүчний нягтыг нэмэгдүүлэх, хэмжээний үр нөлөөг тодорхой хэмжээгээр бууруулахад хүргэдэг, гэхдээ үүнийг сайжруулахад шаардлагатай ICE асуудал одоогоор шийдэл шаардагдаж байна.
Литиум металлыг литиумын урьдчилсан литийн технологид литиумын эх үүсвэр болгон шууд ашиглаж болно. Энэ нь бага шатаах температуртай (180 ℃) тул идэвхи нөлөөтэй орчинд буюу вакуумд нарийвчлалтайгаар литиумын хуудас, литиум зам, литиумын хэсгүүд гэх мэт хэлбэрт боловсруулж авахад хялбар байдаг. Мөн литиум металл өөрөө харьцангуй зөөлөн бөгөөд хальсан давхрагад шилжих, наалдах амархан байдаг. Тиймээс литиумын эх үүсвэрийн хувьд литиум металлыг ашиглах урьдчилсан технологийн судалгаа өргөн анхаарал татаж байна.
Лити металлыг анод материалтай шууд холбоо барьж, эсвэл гадаргуу дээр наалдсан байдлаар ашиглаж болно. Лити металлын бага потенциалын улмаас, электрон солилцооны нөхцөлд электролизын уусмалд чөлөөт Li+ болгон хувиргадан, материалтай лити нүхлэгдэх урвал үүснэ. Ким болон бусад судлаачид бэлдсэн кремний карбон электродын гадаргуу дээр зөөвөр хиймэл уурын хэлбэрээр лити металл бүрдүүлдэг. Өндөр температурт, кремний суурь материал нь лити металлын шууд холбоосоор лити хэрэгжүүлдэг. 0.1C харьцаанд, LiCoO2 эерэг электрод болон урьдчилсан литижсэн Si-GR сөрөг электродоос бүрдсэн бүрэн батерейн ICE 76.4%-аас 92.5%-д хүрч, батерейн цахилгаан багтаамж 138.2 mAh/g-аас 148.2 mAh/g болж өссөн. Мөн батерейн цахилгаан багтаамжийн хадгалах хэмжээ 80% байсан. Урьдчилсан литижилтийн дараа давталтын тоо 122-оос 366-д нэмэгдсэн.
Резкита болон бусад нь литийн хуудас ашиглан симметрик электрод, фенолын резинээр нүүрс силикон сул цахилгаан цуглуулах батерейг бэлдэхэд гадаад схемийн үйл ажиллагаа мэдэгдсэн бөгөөд цахим химийн пре-литийн аргаар нүүрс силикон материалыг пре-литийжүүлж авсан. Пре-литийн силикат болон катионы Lini0.5Mn0.3Co0.2O2-ийн хэрэглээ ICE-г 26%-аас 86%-д хүргэж, бүрэн батерейны багтаамжийг 48 mAh/g-аас 160mAh/g болгон нэмэгдүүлсэн. Яо болон бусад нь литийн хуудан болон графен бүрсэн силикат материалаар шууд холбоо үүсгэдэг бөгөөд электролитын дусал нэмснээс хойш богино холболтоор силикатын пре-литийн аргыг хэрэгжүүлсэн. Графен бүрсэн силикон нүүрс материалын ICE-г 5 минутын турш литийн металлын шууд холбоотойгоор богино холболтоор пре-литийжүүлснээр 97.1% хүртэл нэмэгдүүлсэн. Цэнэглэх, цэнэгийн үеийн 500 циклээс хойш ICE-ийн багтаамж 2A/g-ийн 969mAh/g хэмжээгээр хадгалагдсан бөгөөд сайн эргэлтийн тогтвортой байдлыг харуулсан.
Литийн металлыг ашиглах нь зөвхөн анод материалтай шууд харилцан үйлчлэхээс гадна, батерейны эхний цикл үед анод материалд пре-литийн нөхөх эффект үүсгэхэд ч хэрэглэгддэг. Тогтворжуулсан литийн металлын нунтаг (SLMP) нь АНУ-д FMC компанийн үйлдвэрлэж хөгжүүлсэн сөрөг электродын пре-литийн нэмэгдэх бодис юм. Түүний гадаргуу дээр Li2CO3 инерт хамгаалалтын давхарга гэж байдаг тул агаарт сайн тогтвортой байдаг. Пан болон бусад нь SLMP-ийг хексан дахь жигд тархалттай шийдэл болгон урьдчилан тарааж, дараа нь бэлтгэсэн поляр хуудасны гадаргуу дээр жигд SLMP давхарга үүсгэж шүршинэ. Шингэн ууршиж, гулзайн дараа SLMP-ийн хамгаалалтын давхарга бутарч, сөрөг силикон нүүрс материалыг литийн металлтай шууд холбоо үүсэх боломжийг олгодог.
Эхний циклээс хойш ICE 68.1%-аас 98.5%-д хүрч, 200 циклээс хойш багтаамжийн хадгалалтын хэмжээ 95% болсон бөгөөд сайн эргэлтийн тогтвортой байдлыг харуулсан. Литий сайн уяралтай байхыг харгалзан, Као ба бусад нь металлын литийг зэсийн хальснын гадаргуу руу дарамтлаж, металлын литийн нимгэн давхарга үүсгэж, дараа нь полимерийн бүрхүүлтэй хамт хамгаалалтын давхарга болгож ашигласан бөгөөд энэ нь литийн металлын агаарт исэлдэхээс хамгаална. Анод материалууд дараа нь идэвхитэй материал / 3 давхарга бүтэц полимер/литийн металлын электрод материалын дээгүүр бүрснийг боловсруулж байна. Полимерийн давхарга электролитд удаан ууснаар литийн металлыг графит материалтай холбоод пре-литийн ба литий орлуулах процессыг гүйцэтгэх боломжийг олгодог. Ингэснээр графит сөрөг нь 99.7%-ийн өндөр ICE үнэ авах боломжтой бөгөөд силикон нано хэсгүүдийн сөрөг ICE нь 100%-аас их үнэтэй болно.
Үр дүн нь литийн металл нь литийг нөхөх сайн үүрэг гүйцэтгэдэгийг харуулж, ICE, энергийн нягтрал, батерейны эргэлтийн тогтвортой байдлыг сайжруулж байна. Гэсэн хэдий ч литий нь ус, агаар дахь хүчилтөрөгчид маш идэвхитэй байдаг бөгөөд хамгаалалтын процесс нь сложил литийн нэмэгдэл процесс болж, үүний улмаас бодит үйлдвэрлэлд үнийн өсөлт авчирдаг. Пре-литийн нөхөх процессын жигд байдалд цаашид сайжруулалт шаардлагатай, мөн литийн нөхөх явцад илүүдэл литийн улмаас литийн дентритүүд үүсдэг нь шийдвэрлэх шаардлагатай технологийн асуудал юм.
Литийн металлын идэвх өндөртэй учир электрод бэлтгэхэд тохиромжгүй байдаг. Литийн металлын адил, литийн металлын хайлшийн комплексүүд нь бууруулах өндөр потенциалтай бөгөөд литийг нөхөх өндөр чадалтай байдаг. Эдгээрийг литиний металл орлуулах зориулалтаар литий нөхөхөд ашиглаж болно. Гэхдээ литийн металлаар бэлдсэн цэвэр литийн хайлшийн комплекс, жишээлбэл LixSi нь химийн идэвхтэй бөгөөд агаартаа хурдан урвалд орж экзотермаль урвал үүсгэдэг тул шууд ашиглахад хамгаалалт шаардлагатай байдаг. Иймд литийн хайлшийн химийн тогтвортой байдлыг сайжруулах нь үндсэн тоноглох нэмэлт болж хувирахын тулд чухал ач холбогдолтой юм.
Жао болон түүний хамтран ажиллагчид литийн металл болон Si нано бөөмсийг тодорхой химийн болон тооны харьцаагаар механик холих аргаар LixSi хайлшийг бэлтгэж, дараа нь LixSi-ийн гадаргуу дээр идэвхгүй орчинд хүчилтөрөгчийн агуулгын багатай Li2O оксидын давхаргыг үүсгэжээ. Төмөр-ринг LixSi-Li2O комплекс нь хуурай агаар дахь тогтвортой байдлыг олж авсан бөгөөд LiXSi-Li2O нь polyvinylpyrrolidone электродод пре-литийн нэмэлт болгон ICE-г 94%-иас илүү их болгоход ашиглаж болно.
LixSi-ийн тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлэхийн тулд Жао болон түүний хамтран ажиллагчид хямд зардалтай SiO болон SiO2 ашиглан LixSi/Li2O комплекс бэлтгэжээ. Si болон O атомуудын жигд тархалттай тул LixSi бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь литийн исэлдсэн Li2O торонд гүнзгий тогтсон байдаг, энэ нь тэднийг 40% чийгшилтэй агаар дахь тогтвортой байдлыг олж авахад туслах юм. Г surface-ийн LixSi бүтэц унасан ч, дотоод давхаргад агуулагдах нягтаршсан Li2O хамгаалалтын үүргийг гүйцэтгэнэ. Комплексийн доогуур потенциал нь анодын материалыг сайн литий нөхөн хангах боломжийг олгодог. Пре-литийн нэмэлт болгон, энэ нь агаартаа 6 цаг байсан ч 1 240 mAh/g-ийн литий нөхөх чадварыг өгч чадна, мөн дараагийн мөчлөгт електрохимийн тойрогт оролцох боломжтой бөгөөд 400 эргэлтэнд 99.87%-ийн Куломбын үр ашигтай байдлыг харуулдаг.
Литийн хайлшийн нэгдлүүдийг бэлтгэхэд түүхий эд болгон кремний ашиглахын хамт, Жао болон түүний хамтран ажиллагчид IV гол бүлгийн (Z=Si, Ge, Sn) элементүүд болон холбогдох оксидыг ашиглан Li22Z5 эсвэл Li22Z5-Li2O хайлшийн нэгдлүүдийг нэг алхмын аргаар бэлтгэжээ. Li22Z5 эсвэл Li22Z5-Li2O хайлшийн нийлмэлүүд нь Sn суурь болон графит анодын материалаар литий нийлүүлэхэд сайн үүрэг гүйцэтгэж чадна. Химийн тооцоогоор, LixGe-д Ge болон Li-гийн холболтын энергий нь ижил төрлийн хайлшаас хамгийн өндөр бөгөөд хуурай агаар дахь тогтвортой байдал сайжирсан байна. LI22Z5-LI2O-д агуулагдах нягтаршсан Li2O торны хамгаалалтын давхарга нь Li22Z5-ийн хуурай агаар дахь тогтвортой байдлыг их хэмжээгээр нэмэгдүүлдэг бөгөөд шууд холих, халаах, хутгах процесс нь батерейны процессын сайжруулалтын зардлыг бууруулна.
Литийн металлын өндөр идэвхтэй байдалтай харьцуулахад, литийн хайлшийн LixZ нэгдлийн тогтвортой байдал ихээхэн сайжирсан бөгөөд зарим бүтээгдэхүүн агаар дахь 40% чийгшилтэй 6 цагийн турш тогтвортой байдлаа хадгалахад чадвартай. Мөн Li2O торны оршин тогтнох нь шохойны дэмжлэгийн үүргийг гүйцэтгэж, үндсэн идэвхт бодис болох LixZ дараагийн цикл процессдоо тогтвортой эргэлтийн чадлыг хангаж чадна. Гэхдээ бүтээгдэхүүн нь усан системийн сөрөг суурийн хэмжээг хэмжих процессид шууд ашиглах боломжгүй бөгөөд энэ нь өндөр идэвхтэй учир пре-литийн нэмэлт болгон ашиглаж чадахгүй. Иймээс литийн хайлшийн нэгдлийн процессыг улам сайжруулах нь ус зайлуулах шивх системд шууд ашиглах чадвартай болгоход ихээхэн практик ач холбогдолтой.
Органик уусгагчид уусгасан литийн металл молекулын клипдэгч холимог бодисуудыг өргөн судалж байна. Гэсэн хэдий ч, бага потенциалтай кремний суурь материалд янз бүрийн бууруулах органик уусгагчид ашиглахад, органик уусгагчийн бууралт байхгүй нь кремний суурь материалаас идэвхит литийн хангалтгүй нэмэлттэй болно. Мөн энэ арга нь сайн тогтвортой байдал, өндөр аюулгүй байдал, зөөлөн урвалын шинж чанараар илэрхийлэгддэг тул, предварителитийн тохиромжтой реагент сонгох нь буцаах боломжгүй хүчин чадлын алдагдлыг арилгах үр дүнтэй аргуудын нэг юм.
Ян болон бусад судлаачид бипхенил (Bp) болон алтны литийг ашиглан тетрагидрофуран уусмалд LiBp реагентыг бүтээсэн. SiOx/C-ийг халааж, шивж, шүүж LIBP-SiOX/C комплексийг энэ реагентэд авчирсан. Халаалтын дараа LIBP-SiOx/C нь LixSiOy-д хувирч, SiOx/C-д тэгш равидлагдсан бөгөөд энэ нь литийн ионоос буцаах боломжгүй хэрэглээг үр дүнтэйгээр зогсоох боломжтой. Материал нь өндөр хүчин чадал, циклийн тогтвортой байдалтай. Сөрөг материалын хувьд LinI0.8Co0.1Mn0.1O2 эерэг материалаар тохируулсан зөөлөн бүрсэн батерей нь 301Wh/kg-ийн өндөр эрчим хүчний нягтралтай бөгөөд 100 циклийн дараа хүчин чадлын хадгалах хувь нь 93.3% байна. Ван болон бусад судлаачид литийн алт, бипхенил, тетрагидрофуран уусмалыг уусгаж LiBp предварительных уусмал бэлтгэсэн бөгөөд түүний 0.41 В-ийн бага бууруулах потенциал нь идэвхит бодисуудын бууруулахад үр дүнтэйгээр нөлөөлж чадна.
Мөн LiBp реагент нь тодорхой чийгтэй агаарын орчинд бат бөх тогтвортой байдалтай бөгөөд фосфор, нүүрстөрөгчийн электрод материалаас ICE-г 94%-д хүргэх чадвартай, тодорхой үйлдвэрлэлийн ашиглалтыг бий болгоно. Шен болон бусад судлаачид нафталин литийг предварит гүйцэтгэлийн реагент болгон ашиглан предварит нано Si электродыг бэлтгэж, 1,500 мАh/g орчим буцаах боломжгүй хүчин чадлын алдагдлыг бууруулсан, ингэснээр Si электродын эхний долоо хоногийн үр ашиг 96.1% хүртлээ сайжирсан. Предварит электрод ба тохирох Si/Li2S-PAN электродыг ашиглан 93.1%-ийн эхний үр ашигтай бүрэн батерейг угсарч, эрчим хүчний нягтрал 710 Wh/kg-д хүрсэн. Нафталин литийн реагентууд нь уламжлалт литийн реагентуудаас аюулгүй, хямд бөгөөд литийн гүнзгийлэлийг температур болон хугацааг хянаж удирдаж болно.
Нафталин литийн реагент дээрхи ганцаарчилсан судалгаатай харьцуулахад, Жанг болон бусад судлаачид Li+-ийн бууруулах потенциалыг органик реагентуудыг сонгон ялган, янз бүрийн функционал хэсгүүдийг янз бүрийн бензолын цагираган дээр оруулах замаар удирддаг. Бага бууруулах потенциал нь Li+-ийг кремнис суурь анодын материалын SEI бий болгоход оролцуулахад тустай бөгөөд энэ нь предварит хийх явцад кремний суурь анодын материалын литийн процессоор шууд нөлөөлж чадна. Электрод материалаа системийн органик реагент дотор буйлах хугацааг хянах замаар материалын ICE-г 100%-д ойртуулах боломжийг олгодог.
Судалгаа нь органик реагентүүдийг молекулын таслагчид ашиглан бүтээсэн органик литийн реагентууд нь сөрөг электродын материалуудад, түүний дотор бага потенциалтай кремний суурь материалуудад сайн литийн нэмэлт үйлчилгээтэй болгодог болохыг харуулж байна. Гэвч органик реагент нь өөрөө үнэтэй, тодорхой хортой байдалтай тул одоогийн батерей үйлдвэрлэлд технологийн шилжилтийн тодорхой зардалтай. Иймээс, том хэмжээний ашиглалтад тулгарч буй тул цаашид технологийн сайжруулалт шаардлагатай байна.
Лити ион батерейны анодод ашигладаг гол материал нь графит юм. Батерейны стандартыг сайжруулахын хамт, материалын тодорхой хүчин чадал ба эргэлтийн амьдралыг цаашид сайжруулах хэрэгтэй. Урьдчилсан литиацийн технологи нь батерейны нийт эрчим хүчний нягтыг цаашид ихэсгэж, анхны электролит циклийн хугацаанд литийн ионы алдагдлыг бууруулахад тусалдаг.
1) Метал литийг нэмж ашиглахад метал литийг хоёр аргаар ашиглаж болно: шууд холболт ба интержойнт холболт. Тогтворжуулсан литийн метал нунтаг болон литийн боолт хийх замаар бэлтгэсэн 3 давхар электродыг массын хэмжээгээр худалдаанд ашигладаг, гэхдээ энэ нь урьдчилсан литиацийн тогтворгүй байдлаар болон өндөр зардлаар дамжигдсан давуу талтай. Метал литийн хавтангийн литийн нэмж оруулах нь гадаад цахилгаан хэлхээний хяналтын тоног төхөөрөмжийг нэмэгдүүлэх болон литийн нэмж оруулах процессыг өндөр хугацааны зардал шаардах бөгөөд энэ нь үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулах шаардлагад таардаггүй. Түр зуурын холболт нь тийм ч тэгш литиацийн феноменийн үед тулгарч магадгүй. Тиймээс, янз бүрийн процессын нийт давуу талуудыг харгалзан, литийн давхаргын процессын нийт ашиглалт цаашид сайжруулах шаардлагатай.
2) Лити металлын орлуулагч нь литиийг литийн хайлтаар орлуулдаг. Силикон литийн хайлтын нэгдлүүдийг анодын материалд нэмэлт хэлбэрээр нэмдэг. Гэвч тэдний өндөр идэвхтэй байдлаас шалтгаалан, агаарын нөхцөлд удаан хугацаагаар тогтвортой байх нь хэцүү. Гэхдээ усны системийн шингэний шууд ашиглалтын хувьд, бүрэх процесс цаашид сайжруулах шаардлагатай.
3) Лити металл органик уусгагч, литийн нафталин реаgent-ээр төлөөлүүлдэг нь бага хасах боломжтой бөгөөд энэ нь бага потенциалтай силикон материалд литийг нэмж оруулахад сайн үүрэг гүйцэтгэж чадна. Гэвч бодит литийн нэмж оруулах процесс нь тоног төхөөрөмжийн өөрчлөлт болон технологийн шат дамжлага нэмэгдэхийг шаарддаг, энэ нь тодорхой хэмжээгээр ашиглалтыг хүндэтгэнэ. Хэрэглээний хүрээг өргөжүүлэх болон зардлыг бууруулахыг шаарддаг тул процессийг цаашид сайжруулах шаардлагатай.
Бидний бүтээгдэхүүн болон шийдлүүдийн талаар илүү их мэдээлэл авахын тулд доорх формыг бөглөнө үү, бидний мэргэжилтнүүд танд удахгүй холбогдох болно
Шандонг мужид 3000 TPD алтны флотацийн төсөл
Факс: (+86) 021-60870195
Хаяг:No.2555, Xiupu зам, Pudong, Шанхай
Зохиогчийн эрх © 2023.Промайнер (Шанхай) Уул уурхайн технологи ХХК.
