リチウム電池のカソード材料

リチウムイオン電池の主成分は、電解質、セパレータ、正極材、負極材などである。正極材料の性能がリチウムイオン電池の性能に直接影響し、コストが直接影響するため、正極材料が大きな割合を占めます（正極材料と負極材料の質量比は3：1から4：1です）。バッテリーのコストを決定します。

リチウムイオン電池は、リチウムイオンを可逆的に挿入および抽出できる2つの異なるリチウム挿入化合物が電池の正極および負極として使用される二次電池システムです。充電中、リチウムイオンは正極材料の結晶格子から除去され、電解質を通過した後に負極材料の結晶格子に挿入されるため、負極はリチウムに富み、正極はリチウムが枯渇する。 ;放電中、リチウムイオンは、通過後、負極材料の結晶格子から放出されます。電解質が正極材料の結晶格子に挿入された後、正極はリチウムに富み、負極はリチウムが枯渇します。 。したがって、金属リチウムの電位に関するリチウムイオンの挿入と抽出における正と負の材料の違いは、バッテリーの動作電圧です。

リチウムイオン電池は、ハイテク開発のポイントのひとつとなった、優れた性能を備えた新世代のグリーン高エネルギー電池です。リチウムイオン電池には、高電圧、大容量、低消費、メモリー効果なし、汚染なし、少量、内部抵抗が小さく、自己放電が少なく、サイクル数が多いという特徴があります。上記の特性により、リチウムイオン電池は、携帯電話、ノートブックコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの多くの民間および軍事分野に適用されてきました。

新技術のマイクロ波乾燥によるリチウム電池カソード材料の乾燥、従来のリチウム電池カソード材料乾燥技術の乾燥時間の問題を解決し、資本回転を遅くし、乾燥を不均一にし、乾燥深さを不十分にする

具体的な機能は次のとおりです。

1.リチウム電池カソード材料のマイクロ波乾燥装置を使用すると、高速かつ高速で、数分で深乾燥を完了でき、最終的な含水量は1000分の1以上に達する可能性があります

2.均一に乾燥し、乾燥品質の良いマイクロ波乾燥リチウム電池カソード材料。

3.エネルギー効率が高く、安全で環境に優しいマイクロ波乾燥リチウム電池カソード材料。

4.熱慣性がなく、加熱の瞬間を制御しやすいマイクロ波乾燥電池カソード材料、マイクロ波焼結リチウム電池カソード材料は、速い加熱速度、高いエネルギー利用率、高い加熱効率、安全性および衛生性の特徴を有する、および製品の均一性と歩留まりを改善し、焼結材料の微細構造と特性を改善することができます。

近年、リチウム電池関連の政策が導入され、業界の上流および下流の企業の設立を促進しています。リチウム電池は、主に正極材料、負極材料、セパレーター、電解質で構成されており、リチウム電池の総コストと正極性能の40％以上を正極材料が占めています。材料はリチウム電池のさまざまな性能指標に直接影響するため、リチウム電池の電極材料はリチウム電池の中心的な位置を占めています。

現在販売されているリチウム電池のカソード材料には、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、および三元材料が含まれる。

中国経済の急速な発展に伴い、電池用の新素材に対する需要の高まりと、携帯電話、ノートブックコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、自動車など向けの、効率的で環境に優しい新しい電池材料に対する強い需要が相まって、中国の新しい電池材料市場は拡大し続けるでしょう。リチウム電池は、電池の今後の開発方向として、正極材料市場の開発見通しが有望です。同時に、3G携帯電話の普及と新エネルギー車の大規模な商品化は、リチウム電池のカソード材料に新たな機会をもたらすでしょう。

リチウム電池のカソード材料には幅広い市場がありますが、見通しは非常に楽観的です。しかし、リチウム電池のカソード材料には、特に高静電容量と強力な安全性能の利点が十分に発揮されていないという特定の技術的ボトルネックがまだあります。

実際、リチウム電池のカソード材料の分野では、小さな技術革新が市場拡大の新たなラウンドを引き起こす可能性があります。中国企業は、カソード材料の主要技術の研究開発を強化し、国際的な主導的地位を獲得し、コアコンピタンスを強化する必要があります。国際競争を利用してください。

現在、リチウム電池はエネルギー密度が低い。まず、エネルギー密度が低く、車が重く、スペースが狭く、新しい電池材料を発見する必要があります。第二に、バッテリーの寿命が短い。 100キロ以上の耐久性が理想的な状態と言われています。実際の道路寿命は約60キロです。北京のような大都市にあるなら、60キロでは十分ではありません。 3つ目は、セキュリティの低下です。バッテリーの材料が不安定で爆発しやすいため、この問題は依然として議論の余地があります。

リチウム電池のアノード材料は、パワーバッテリーの安全ライフラインを把握します。リチウムイオン電池のアノード材料では、黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ（MCMB）に加えて、アモルファスカーボン、シリコン、またはスズが市場のごく一部を占め、天然黒鉛と人工黒鉛がアノード材料の市場シェアの90％以上を占めています。 。 2011年の陽極材料市場統計では、世界の陽極材料の総生産量は32,000トンに達し、天然黒鉛と人工黒鉛の両方の陽極材料が市場の89％を占めていた昨年の同時期と比較して28％増加しました。シェア。近年、電子製品の成長、特に携帯電話のタブレットPCの分野でのリチウムイオン電池の応用により、対応する電池のプラスとマイナスの材料が近年急速に増加しています。グラファイトアノード材料は2009年から2011年まで継続して使用されています。3年間の成長率は25％以上に達しています。

2013年の世界の横隔膜需要は5億6300万平方メートルに達し、2011年の時価総額の1.41倍であり、生産額は約17億米ドルでした。 2011年の国内バリアフィルム市場の需要は約1億2800万平方メートルでした。中国のリチウム電池製品は世界市場シェアの約30％を占めています。国内のセパレーターの市場需要は、リチウム電池市場と並行して成長しています。

現在、国産セパレーターフィルムの消費量の80％は輸入に依存しており、国産セパレーターの需要にはまだまだ余裕があります。国内市場における国内セパレーターの割合は急速に上昇します。 2013年には国内市場における国内セパレーターのシェアは30％を超えると予想され、2015年には40％を超えると予想されています。

要約すると、リチウムイオン電池のカソード材料の開発の方向性は、リン酸鉄リチウムです。国産のリン酸鉄リチウムカソード材料の研究開発は本格化しているものの、独自の革新的な技術が不足しています。リチウムイオン電池のアノード材料には、将来的に2つの開発方向があります。チタン酸リチウム材料とシリコンベースの材料です。近年中国で開発されたシリコン系材料は、基本的に高い比容量、高い電力特性、長いサイクル寿命の要件を満たすことができますが、工業化はプロセス、コスト、環境の制約も打ち破らなければなりません。中国はリチウムイオン電池セパレーターのローカリゼーションで一定の成果を上げていますが、ハイエンド製品の大量生産を達成するにはまだ長い道のりがあります。ヘキサフルオロリン酸リチウムは、リチウムイオン電池電解質において絶対的な市場優位性を持っていますが、中国は基本的に日本の技術の影響を受けており、独自の研究開発力は弱いです。

電池材料の導電性コーティング

機能性コーティングを施した電池用導電性基板の表面処理は、画期的な技術革新です。カーボンコーティングされたアルミホイル/銅ホイルは、銅ホイル上にアルミニウムナノ導電性グラファイトとカーボンコーティングされた粒子を均一かつ微細にコーティングしたものです。優れた静的伝導性を提供し、活物質の微小電流を収集します。これにより、正極/負極材料と集電体の間の接触抵抗を大幅に低減し、2つの間の接着を改善して結合を低減できます。使用される薬剤の量により、バッテリーの全体的なパフォーマンスが大幅に向上します。

コーティングは水ベース（水性剤システム）および油性（有機溶剤システム）です。

炭素箔/銅箔でコーティングされた導電性コーティングの性能上の利点

1.バッテリーパックの一貫性を大幅に改善し、バッテリー構成を大幅に削減します。といった：

・バッテリーの動的内部抵抗の増加を大幅に低減します。

・バッテリーパックの差圧の一貫性を向上させます。

・バッテリーの寿命を延ばします。

・バッテリーの構成を大幅に減らします。

2.活物質と集電体の密着性と密着性を向上させ、ポールピースの製造コストを削減します。といった：

水系を使用して正極材料とコレクターの接着を改善します。

ナノスケールまたはサブミクロンのカソード材料とコレクターの接着性を向上させます。

チタン酸リチウムまたは他の大容量アノード材料とコレクターの接着性を向上させます。

・ポールピースの通過率を向上させ、ポールピースの製造コストを削減します。

カーボンホイルとライトホイルでコーティングされたバッテリーポールピースの接着性のテストチャート

カーボンコーティングされたアルミホイルを使用した後、ポールピースの接着力が10gfから60gfに増加し（3Mテープまたは100バーナイフ法を使用）、接着力が大幅に向上しました。

3.偏光を減らし、倍率とグラム容量を増やし、バッテリーの性能を向上させます。といった：

・活物質中のバインダーの割合を部分的に減らし、グラム容量を増やします。

活性物質と集電体の間の電気的接触を改善します。

・分極を減らし、電力性能を改善します。

さまざまなアルミニウム箔のバッテリーレートパフォーマンスチャート

なかでも、C-ALはカーボンコーティングされたアルミホイル、E-ALはエッチングされたアルミホイル、U-ALは軽いアルミホイルです。

4.電流コレクターを保護し、バッテリーの寿命を延ばします。といった：

・コレクターが腐食して酸化するのを防ぎます。

・コレクターの表面張力を高め、コレクターの簡単なコーティング性能を向上させます。

？高価なエッチングされたホイルを交換するか、元の標準ホイルをより薄いホイルに置き換えることができます。

さまざまなアルミホイルのバッテリーサイクルグラフ（200週間）

（1）は軽いアルミホイル、（2）はエッチングされたアルミホイル、（3）はカーボンコーティングされたアルミホイルです。

リチウム電池のアノード材料に関する研究

リチウム二次電池の負極材料として、まず金属リチウム、次に合金。しかし、リチウムイオン電池の安全性能を解決することはできず、炭素材料を負極とするリチウムイオン電池が誕生しました。

ポリマーリチウムイオン電池の負極材料は、リチウムイオン電池と実質的に同じである。ポリマーリチウムイオン電池の開発からわかるように、リチウムイオン電池の商品化以来、次の負極材料が研究されてきた：黒鉛化炭素材料、アモルファス炭素材料、窒化物、シリコンベースの材料、スズベースの材料、新しい合金および他の材料。この章では、主に実用的なアノード材料、つまり黒鉛化炭素材料について説明し、その他のアノード材料について説明します。

アノード材料の実用化のためには、可逆容量、不可逆容量、サイクル性能に加えて、集電体へのアノード材料の接着（コーティング特性）、および負極タブの準備。圧縮密度、体積容量密度、質量容量密度など、およびこれらの後者の要因は、負極材料の研究に従事する人々によってしばしば無視されます。もちろん、負極材料の導電率と比表面積も考慮すべき要素です。

炭素材料は多様であるため、アノード材料をよりよく理解するために、炭素材料に関するいくつかの基本的な知識を紹介します。

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