Nouveaux matériaux pour batteries au lithium avec un potentiel pour l'avenir
Les matériaux des batteries au lithium jouent un rôle essentiel dans le processus de production des batteries au lithium, en particulier au stade initial de la production. Au début de la production, l’étape principale consiste à transformer les matières premières en pièces polaires. Les processus de base comprennent le mélange de boues, le revêtement, le laminage, le refendage et la production de pièces polaires. Il faut utilisermélangeur sous videpour mélanger les matériaux actifs positifs et négatifs et les solvants pour fabriquer une suspension, utilisez une machine de revêtement d'électrode pour enduire uniformément la suspension sur la feuille métallique, puis séchez-la pour fabriquer des pièces polaires, utilisez une presse à rouler pour compacter les pièces polaires enduites et utilisez un découpeuse d'électrodes pour couper les pièces polaires à la taille requise pour s'adapter aux différents modèles de batteries.
La recherche et le développement de nouveaux matériaux pour batteries au lithium constituent un moteur important pour l’avancement de la technologie des batteries. Le développement et l'application de ces nouveaux matériaux devraient favoriser l'amélioration continue des performances des batteries au lithium et répondre aux besoins des véhicules à énergie nouvelle, des systèmes de stockage d'énergie et d'autres domaines en matière de batteries à haute densité énergétique, haute sécurité et longue durée de vie. Ce qui suit présentera plusieurs nouveaux matériaux pour batteries au lithium ayant un potentiel pour l'avenir.
1. Matériau d'électrode négative composite silicium-carbone
Le grand écran et les fonctions diversifiées des terminaux numériques ont mis en avant de nouvelles exigences en matière de durée de vie de la batterie. La capacité actuelle en grammes des matériaux des batteries au lithium est faible et ne peut pas répondre à la demande croissante de batteries dans les terminaux. En tant que type de futur matériau d'électrode négative, la capacité théorique en grammes des matériaux composites silicium-carbone est d'environ 4 200 mAh/g ou plus, ce qui est plus de 10 fois supérieure aux 372 mAh/g des électrodes négatives en graphite. Ce matériau peut augmenter considérablement la capacité de la batterie, mais il est également confronté au problème de la pulvérisation du matériau et de la perte de capacité causée par l'expansion du volume. À l’heure actuelle, ces problèmes sont résolus grâce au nanodimensionnement de poudre de silicium, au revêtement silicium-carbone et au dopage.
2. Titanate de lithium
La batterie au lithium-titanate est une batterie lithium-ion avec du titanate de lithium comme matériau d'électrode positive et du carbone comme matériau d'électrode négative. Par rapport aux batteries lithium-ion traditionnelles, les batteries au titanate de lithium présentent les avantages d'une sécurité plus élevée, d'une durée de vie plus longue et d'une vitesse de charge plus rapide. Son matériau d'électrode positive, le titanate de lithium, a une stabilité chimique et une stabilité thermique plus élevées, ce qui peut améliorer les performances de sécurité de la batterie. Le matériau de l'électrode négative de la batterie au titanate de lithium utilise des matériaux carbonés, tels que le graphite naturel, le graphite artificiel, la fibre de carbone, etc., qui ont une capacité spécifique plus élevée et une durée de vie plus longue.
3. Graphène
Le graphène possède d'excellentes propriétés électrochimiques, une surface spécifique élevée et une conductivité électronique et ionique. Il peut être appliqué aux matériaux composites d'électrodes négatives en graphène pour les batteries de puissance, aux agents conducteurs d'électrodes positives pour les batteries au lithium et aux feuilles d'aluminium à revêtement fonctionnel en graphène, etc., ce qui réduit considérablement le poids de la batterie et réduit ainsi la qualité de l'ensemble du véhicule. prolonge la durée de vie de la batterie et améliore considérablement l’autonomie de croisière et la vitesse de charge des véhicules électriques. Le graphène directement utilisé comme matériau d'électrode négative présente les avantages d'une capacité spécifique élevée et d'une vitesse de charge et de décharge élevée.
4. Matériaux d'électrode positive ternaire à haute teneur en nickel
Les matériaux ternaires à haute teneur en nickel (tels que le NCM811) ont attiré l'attention en raison de leur densité énergétique élevée, mais ils sont également confrontés à des défis en matière de sécurité et de stabilité. Les chercheurs ont amélioré leurs performances et leur sécurité grâce au revêtement de surface, au dopage et à l’optimisation structurelle.
5. Matériaux d’électrodes positives à base de manganèse riches en lithium
Les matériaux à base de manganèse riches en lithium ont attiré beaucoup d'attention en raison de leur capacité en grammes élevée et de leur plate-forme haute tension, et devraient dépasser le plafond de densité énergétique des matériaux ternaires à haute teneur en nickel. Ce matériau peut améliorer considérablement la densité énergétique des batteries au lithium, mais il présente également des problèmes tels qu'une faible conductivité électronique et une diffusion lente des ions lithium. Une solution potentielle consiste à l’améliorer par un revêtement de surface et un nanodimensionnement.
6. Batterie au lithium entièrement solide
La batterie au lithium entièrement solide utilise un électrolyte solide pour remplacer l'électrolyte liquide traditionnel, qui présente une sécurité et une densité énergétique plus élevées. Ce nouveau matériau présente à la fois une conductivité ionique élevée et une conductivité électronique élevée, qui est plus de 1,000 fois supérieure à celle des matériaux de batterie traditionnels, améliorant considérablement les performances globales de la batterie.
7. Matériaux d’électrodes organiques
Les matériaux d'électrodes organiques ont attiré l'attention en raison de leurs avantages tels que le caractère renouvelable, la protection de l'environnement, le faible coût et la capacité élevée. Cependant, ce type de matériau se heurte encore à des difficultés telles qu’une solubilité élevée dans l’électrolyte, une mauvaise conductivité et une faible densité. Ses caractéristiques matérielles, son mécanisme d’action, sa relation structure-activité, etc. doivent encore être profondément compris.
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