עובדות שכדאי לדעת על סוללת ליתיום

1. הקדמה

סוללת ליתיום-יון או סוללת Li-ion היא דור חדש של סוללות נטענות ירוקות ובעלות אנרגיה גבוהה עם ביצועים מעולים, שהפכה לטכנולוגיה חדשנית.

תכונות סוללת ליתיום-יון:

--מתח גבוה

--קיבולת גבוהה

--שיעור צריכה נמוך

--אין אפקט זיכרון

--ללא זיהום

--נפח קטן

--התנגדות פנימית קטנה

--פחות התרחשויות של פריקה עצמית

--ביצועי רכיבה טובים

סוללה גלילית, ארוזה קשה ורכה

2. יישום של חומרי סוללת ליתיום-יון

סוללות ליתיום-יון שימשו בתחומים אזרחיים וצבאיים רבים כמו תחומי תקשורת כמו לטלפונים ניידים, שדות צריכה כמו למחשבים ניידים, מצלמות וידאו ומצלמות דיגיטליות כמו גם בתחומי נסיעה כמו כלי רכב אלקטרוניים בגודל קטן.

3. חומרים נפוצים לסוללות ליתיום-יון

(1) מבנה השכבה:

A.NCM, NCA (חומר סוללה טריני)

---בהתבסס על אחוז תכולת הניקל, ישנם חומרים טרינריים 111, 422, 523 ו-611, שהם חומרי ליתיום טרינריים ניקל בינוני ונמוך, כמו גם חומרים טרינריים בניקל 622 ו-811.

ב. תחמוצות קובלט ליתיום (LiCoO2)

---טמפרטורת הבידוד של תחמוצות ליתיום קובלט גבוהה מ-NCA. יעילות פריקת טעינה ראשונית של LiCoO2 היא 90%.

ג. תחמוצות ליתיום מנגן (LiMnO2)

(2) מבנה הספינל

LiMn2O4

(3) פוליאניון

ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4)

4. להפיל מטבע או בהתבסס על עובדות מוצקות בבחירת ליתיום קרבונט וליתיום הידרט כמקור הליתיום לסוללת הקתודה השלישית?

במציאות, רוב המפעלים בסין בוחרים בליתיום קרבונט כחומרי גלם לייצור חומרים קתודה משולשת. אחוז הליתיום בליתיום קרבונט יציב יותר מזה של ליתיום הידרט. בנוסף, עמידות בפני קורוזיה של ליתיום קרבונט עדיפה על ליתיום הידרט.

עבור טרירי 111, 523 המכיל אחוז נמוך יחסית של ניקל, ליתיום קרבונט עדיף ואילו עבור טרירי 6,811, המכיל אחוז גבוה יחסית של ניקל, ליתיום הידרט היא בחירה טובה יותר.

--נקודת ההיתוך של ליתיום קרבונט היא 720 מעלות ושל ליתיום הידרט היא 471 מעלות.

במהלך תהליך הבידוד, הידרט הליתיום הנמס יתמזג עם חומרים מתכתיים גולמיים בצורה אחידה והולם יותר כדי להפחית את שאריות הליתיום על פני השטח ולשפר את הקיבולת הספציפית של חומרים טרינריים. כמו כן, ליתיום הידרט עם טמפרטורת קלצינה נמוכה יחסית יוריד את הסיכוי לערבוב קטונים וישפר את יציבות הרכיבה.

לעומת זאת, טמפרטורת הבידוד של ליתיום קרבונט צריכה להגיע ל-900 מעלות לפני שהחומר המרוכב יתייצב. חומרי סוללת ליתיום טרנריים עם אחוז גבוה של ניקל לא ניתנים לשריפה בטמפרטורה גבוהה מדי, אחרת קצב הטעינה והפריקה שלה יושפעו לרעה. טמפרטורת הבידוד עבור NCM 811, למשל, צריכה להיות מבוקרת מתחת ל-800 מעלות, בעוד של-NCM 90505 יש לשלוט מתחת ל-740 מעלות.

--טמפרטורות ההיתוך והפירוק של ליתיום הידרט נמוכות מזו של ליתיום קרבונט.

--המחיר של ליתיום הידרט גבוה יותר, ולכן עלות החומר הגבוהה של חומרי קתודה ניקל טרינרית גבוהה יותר.

5. תהליך ייצור

כאן מפרט את ההליך לייצור אבקת ניקל טרינרית בינונית ונמוכה ואבקה טרינרית ניקל גבוהה.

אבקת ניקל טרינרית בינונית ונמוכה	הזנות	אבקה טרינרית ניקל גבוהה	הזנות
	ערבוב הזנות ומילוי לתוך הסאגר		ערבוב הזנות ומילוי לתוך הסאגר
אווירה אוויר	פעם ראשונה חידוד	אווירת חמצן	פעם ראשונה חידוד
	טחינה מחוספסת ומעודנת		טחינה מחוספסת ומעודנת
	סְרִיקָה		סְרִיקָה
חומר ציפוי	שִׁכבָה	תהליך זה נחוץ בגלל רמת ה-PH הגבוהה ויוני הליתיום החופשיים. בתהליך ההומוגניזציה, NCM 811 יתמצק בקלות בגלל התכולה הגבוהה של תחמוצת אלקלית פני השטח שסופגת מים. תחמוצת אלקלית על פני השטח תשפיע על ביצועים אלקטרוכימיים בהגדלת אובדן קיבולת בלתי הפיך והידרדרות בביצועי מחזור הדם. בנוסף, הפירוק של Li2CO3 על פני השטח בלחץ גבוה הוא אחד הגורמים העיקריים לגזים בסוללה, ובכך מביא לסכנות בטיחותיות פוטנציאליות.	ניקוי
	מילוי לתוך הסאגר		התייבשות
אווירה אוויר	פעם שנייה סילוק		יוֹבֶשׁ
	סְרִיקָה	חומר ציפוי	שִׁכבָה
	הגיהוץ		מילוי לתוך הסאגר
	אריזה מעורבת אצווה	אווירת חמצן	פעם שנייה סילוק
	מוצר מוגמר		סְרִיקָה
			הגיהוץ
			אריזה מעורבת אצווה
			מוצר מוגמר

6. תהליך השריטה

--כמה ידע

בתוך הכבשן, זה משתנה בשורות ובמספרים של הסגררים. לחלקם יהיו 2, 4 או אפילו 6 שורות עם 1, 2 או 3 שכבות. הצענו שתי שורות עם שכבות 2-3 בהתאם לגודל הכבשן שלך. עבור כל צניחת, השתדלו לא למלא יותר מדי אבקה, בערך 3-5 ק"ג מתאים. לכל מפעל, גם טמפרטורת השרשור והסיבולת משתנים, יחד עם זמני ההסתייד שלו. חלקם יסתירו רק פעם אחת, כך גם 2 או אפילו 3 פעמים.

--באיזה ריהוט כבשן תבחר?

(1) גודל.

הגדלים הרגילים עבור סגרים הם: 320 מ"מ X 320 מ"מ X 60 מ"מ, 320 מ"מ X 320 מ"מ X 65 מ"מ, 320 מ"מ X 320 מ"מ X 70 מ"מ, 320 מ"מ X 320 מ"מ X 75 מ"מ, 320 מ"מ X 320 מ"מ X 805 מ"מ, 320 מ"מ X 805 מ"מ, 320 מ"מ. מ"מ X 100 מ"מ.

(2) צורות.

ישנם סגרים פתוחים עם רווחים, סגרים סגורים עם רגליים וסגרות סגורות. כאשר אנו משווים את שלושת הסאגרים, אנו מגלים שבעת הערימה, לסאגר עם בסיס יש את הרווח הגדול ביותר, ולכן היעיל ביותר כאשר הוא מוערם יחד, בעוד שהסאגר הסגור לא יכול לשמש לאירוע זה.

     

(3) חומרים

כאשר אנשים מחלישים חומרי קתודה משולשת, שבר ושחיקה כימית הם שתי האינדיקציות לכך שיש לשנות את הנפילות. סאגר עם אחוז גבוה יותר של אלומיניום מציג יותר אינרטיות כימית, ואחוז נמוך יותר של אבנית וסייג. סאגר קורונדום מולליט וסאגר אלומינה עמיד בפני שחיקה אלקלית, אך ככל שתכולת האלומינה גבוהה יותר, כך הסאגר שביר יותר נגד הלם תרמי. כמו כן, זה יהיה יותר יקר.

(4) יציבות רכיבה שכדאי לדעת

בפס הייצור, המפעלים משתמשים בדרך כלל ב-Cordierite mullite sagger עם תכולת אלומינה של 40-60%. החברה שלנו מייצרת גם רהיטי כבשן ראשוני וגם משני, וסיפקנו גם סאגרים פתוחים וגם סגרים עם בסיס שלקורונדום מוליטוקורדירייט מולליטעבור הלקוחות שלנו וזמני הרכיבה יכולים להיות עד 15 פעמים, אך כאשר משתמשים בו לאחר 4 פעמים, הוא מתחיל להגדיל מעט.

---טמפרטורת סילוק

לזמן הבידוד לא תהיה השפעה רבה מדי על הקיבולת, SSA, צפיפות הברז וערך ה-PH של החומרים, אך הוא ישפיע רבות על שאריות הליתיום על פני השטח וכן על גביש בודד של המוצרים.

בדיקות דגימות	זמן חיטוי (h)	קיבולת (mA•h•g-1)	TD(g•cm-3)	SSA(m2•g)	ליתיום קרבונט על פני השטח (%)	pH
523-1	9	156.5	2.48	0.32	0.96	11.75
523-2	11	156.2	2.43	0.31	0.61	11.71
523-3	14	156.3	2.44	0.29	0.31	11.69

--זרימת אוויר היא קריטית

כפי שמצוין מהתרשים, אנו יכולים להסיק כי הפליטה לאחר התגובה היא יותר מהחמצן הדרוש לו, כך שאנשים צריכים לוודא את האוורור בזמן של הפליטה תוך הבטחת אספקת חמצן מספקת. אחרת, מהירות התגובה תאט, תחניק את היווצרותם וצמיחתם, תוביל לתגובה כימית לא מספקת, ובסופו של דבר תגרום לביצועים גרועים של המוצרים.

מקור הליתיום	CO2(L)	אדים (L)	O2(L)	פליטת אוויר (L)
ליתיום קרבונט	116.5	233	58	278
ליתיום הידרט		582	58	278

ה-O2 ונפח הפליטה המעורבים בעת סיוד של 1 ק"ג של NCM 523

--מסקנה

בתעשיית ייצור חומרי קתודה משולשת, ישנם שני היבטים שכדאי להזכיר בהתחשב בתהליך הבידוד והציוד. האחת היא שמכיוון שיש כל כך הרבה וריאנטים המשפיעים על תהליך ההסתיידות, האיכות והביצועים של חומרי הקתודה משתנים עבור כל אצווה של המוצרים; שנית היא שבשל הגודל והעיצוב השונים של ציוד הכבשן ותהליך הבידוד, הביצועים של חומר הקתודה והאנודה משתנים ב-SSA, בגודל הגרגירי, כמו גם בצורות ובגדלים של מונו קריסטל ומרקם גביש. לכן, עליך לבחור את הסגר המתאים תוך התחשבות בכבשן, בחומרי הגלם ולשלוט היטב על טמפרטורת הסילוק.

שיטת חידוד שלב מוצק בטמפרטורה גבוהה מאומצת לסינתזה של חומרים טרינריים בניקל גבוה. פס האנרגיה של Ni3+ ו-Ni4+ חופף לזו של O, כך שבעת פריקת ליתיום, O עלול להיפרק מהסריג וערבוב Ni2+/Li+ גורם למבנה לא יציב; המוצר רגיש מאוד ללחות ו-CO2, עם רמת בסיס גבוהה; זה קריטי יותר עבור יציבות, ביצועי בטיחות, אחסון ועיבוד, ולכן הבידוד צריך להיות אווירת חמצן.

הערה מיוחדת: כל המידע (תוכן, תמונות ותרשימים) שאני כותב בזאת הוא מה שלמדתי משיתוף הסטרימינג בשידור חי של מדען סיני, שהדויין שלו הוא 275511859. ברצוני להודות לו על השיתוף.