22 年間のバッテリーのカスタマイズ

コバルト酸リチウム(LCO)バッテリー-LiCoO2メーカー

Dec 06, 2019   ページビュー:2314

1)コバルト酸リチウム電池の概要

コバルト酸リチウム電池は、放電プラットフォームが高く、比容量が大きく、製品性能が安定しており、サイクル性能は良好ですが、安全性能は劣ります。コストが非常に高く、主に携帯電話、ポータブルコンピュータ、カメラ、カメラ、電気自動車、太陽エネルギー貯蔵、無停電電源装置、医療機器、宇宙などの分野で広く使用されている中小型バッテリーに使用されます。公称電圧は3.7Vです。

コバルト酸リチウムLiCoO2(LCO)は、リチウムイオン電池のアノード材料として一般的に使用されている無機化合物です。

LiCoO2は基本的に、現在市販されているリチウムイオン電池(コバルト酸リチウム)の層状構造を持つリチウムイオン二次電池の正極材料の液相合成プロセスを使用しています。溶剤にはポリビニルアルコール(PVA)またはポリエチレングリコール(PEG)水溶液を採用しています。リチウムとコバルトの塩はPVAまたはPEG溶液に溶解し、加熱後に溶液を混合すると、ゲル形成に集中します。加熱分解後、高温でゲル状物を煆焼し、焼結、粉砕、ふるい分けすると、コバルト酸リチウム粉末が得られます。

1.コバルト酸リチウム電池のしくみ

コバルト酸リチウム電池は、主にアノードとカソード間のリチウムイオンのインターカレーションとディスインターカレーションに依存して、エネルギーの貯蔵と放出を実現します。

充電中、外部電界では、アノード材料のLiCoO2分子内のリチウム元素が正電荷を持つリチウムイオンになり、アノードからカソードに移動します。カソードの炭素原子との化学反応後、LiC6が形成され、層状グラファイトカソードに安定して埋め込まれます。

3.2V 20Ah低温スクエアLiFePO4バッテリーセル
3.2V 20A低温LiFePO4バッテリーセル-40℃3C放電容量≥70%充電温度:-20〜45℃放電温度:-40〜+ 55℃鍼灸試験合格-40℃最大放電率:3C

逆に、放電すると、内部電界ターンで、Li +はカソードから離れ、電界の方向に沿って進み、アノードに戻り、LiCoO2になります。このプロセスは「ロッキングチェアバッテリー」と呼ばれます。前後の埋め込みおよび埋め込み解除アクティビティに関与するリチウムイオンが多いほど、バッテリーはより多くのエネルギーを蓄えることができます。

图片1.jpg

コバルト酸リチウム電池のしくみ

2.コバルト酸リチウム電池の反応

充電するとどうなりますか

アノード:LiCoO2 = Li1-xCoO2 + xLi ++ xe-

カソード:6C + xLi ++ xe- = LixC6

退院するとどうなりますか

アノード:Li1-xCoO2 + xLi + + xe- = LiCoO2

カソード:LixC6 = 6C + xLi ++ xe-

3.コバルト酸リチウム電池電解液

コバルト酸リチウム電池電解液の組成

溶媒:環状カーボネート(PC、EC);連鎖炭酸塩(DEC、DMC、EMC);カルボン酸エステル(MF、MA、EA、MA、MPなど); (リチウム塩溶解用);

リチウム塩: LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6など。

添加剤:皮膜形成添加剤、導電性添加剤、難燃性添加剤、過充電保護添加剤、電解液中のH2OおよびHFを制御する添加剤、低温性能を改善する添加剤、多機能添加剤。

コバルト酸リチウム電池電解液の要件

高いイオン伝導率は一般に1x10-3〜2x10-2 S / cmです。

高い熱的および化学的安定性:広い電圧範囲で分離がありません。

広い電位窓は、広い電圧範囲で電気化学的特性を安定に保ちます。

電極材料、電極コレクター、セパレーターなど、バッテリーの他の部分との良好な互換性。

それは安全で、無毒で、無公害です。

2)コバルト酸リチウム電池の長所と短所

リチウム電池のすべてのアノード材料の中で、LCOは最大のタップ密度(2.8g / cm3)と圧縮密度(4.3 g / cm3)を持っているため、電池の体積が厳しい要件のある電池分野のアプリケーションで利点があります。さらに、LCOは、既存の3成分材料よりも優れたサイクル性能、低温性能、およびレート能力を備えています。これまでのところ、一部の3Cバッテリー、低温および高速バッテリーでアノード材料として使用されているのは、依然として非コバルト材料です。

低温高エネルギー密度の頑丈なラップトップ ポリマー電池 11.1V 7800mAh
低温高エネルギー密度頑丈なラップトップ ポリマー バッテリーバッテリー仕様: 11.1V 7800mAh -40℃ 0.2C 放電容量 ≥80%防塵、耐落下性、耐腐食性、耐電磁干渉性

LCOにも独自の欠点があり、その最初の欠点はリソースです。世界のコバルト資源の総量は710万トン(USGS / 2016)を超えず、年間生産量は12万トン以下であり、可採年数は57年です。 3Cリチウムイオンの初期には明るい未来があるかもしれませんが、電力と貯蔵の増加はコバルトがすぐに遅れることを意味します。

2番目の問題は安全性です。大容量LCOバッテリーの安全性能は、特にフル充電の押し出し、過熱、または過充電の状態では楽観的ではありません。 LCOバッテリーは、このような状況では爆発する傾向があります。コバルトチタン電池の負極に安全性の高いチタン酸リチウムを使用しても、過充電・圧搾するとLCOが激しく爆発します。

アノード材料としてコバルト酸リチウムを使用する利点

  1. コバルト酸リチウム電池は、コバルト酸リチウムのため、セル構造が安定しています。

  2. コバルト酸リチウムは、他のアノード材料よりも高い容量を持っています。

  3. コバルト酸リチウムの包括的な特性は、他のアノード材料よりも優れています。

  4. コバルト酸リチウムの処理がより便利です。

  5. コバルト酸リチウムのコンシステンシーは、処理後も良好です。

  6. コバルト酸リチウムの排出率が高い。

  7. コバルト酸リチウムは強力です。

  8. コバルト酸リチウム電池は、市場の見通しが良好です。

陽極材料としてコバルト酸リチウムを使用することの不利な点

  1. コバルト鉱石は希少であり、高品質のコバルト鉱石の国内貯蔵は限られています。

  2. コバルト鉱石の価格は高いです。 2018年半ばまでにコバルト鉱石の価格は70万元/トンに達した。

  3. サイクルタイムが短いです。現在、コバルト酸リチウムのサイクルは500回にしか達しませんが、チタン酸リチウムの2万回に達するサイクルと比較すると、コバルト酸リチウムはアノード材料としてのサイクルタイムが短くなっています。

  4. それは環境に優しいものではありません。現在、コバルトは重金属に属しており、土壌に一定の腐食作用を及ぼします。

  5. コバルト酸リチウムの安全性能は劣っています。

3)コバルト酸リチウムアノード材料の特性

コバルト酸リチウムは、高い比エネルギーの点では優れていますが、電力特性、安全性、およびサイクル寿命の点ではそれほど優れていません。

コバルト酸リチウム:LiCoO2カソード(約60%Co)、グラファイトアノード
電圧「公称値は3.60V、通常の動作範囲は3.0〜4.2v /バッテリーです」
比エネルギー(静電容量) 150-200wh / kg、特別なバッテリーは240Wh / kgを提供します。
料金(Cレート) 「0.7-1C、4.20Vまで充電(ほとんどのバッテリー)。通常の充電時間:3時間。1Cを超える充電電流はバッテリーの寿命を縮めます。」
放電(Cレート) 「1C、放電カットオフ電圧は2.50Vです。1Cを超える放電電流はバッテリー寿命を短くします。」
サイクリングライフ放電深度、負荷、温度に応じて500〜1000
熱暴走150°C(302°F)。フル充電すると、熱暴走につながる可能性があります
応用携帯電話、タブレット、ラップトップ、カメラ、楽器など。
注意比エネルギーは非常に高いですが、比エネルギーは限られています。コバルトは高価で、エネルギー電池に使用されています。その市場シェアは安定しています。


コバルト酸リチウムアノード材料の微量元素含有量

コバルト酸リチウムの微量元素Ni Mn Fe Ca
コンテンツ(%) 0.05 0.01 0.02 0.03 0.01

4)コバルト酸リチウム電池の用途

コバルト酸リチウムは、第1世代の市販のアノード材料です。開発の数十年で、それはリチウムイオン電池の最も成熟したアノード材料と見なすことができます。

コバルト酸リチウムは、小型リチウム電池に最適です。現在、3C製品については、コバルト酸リチウムの圧縮密度が三元材料よりも高い、つまり、より多くのコバルト酸リチウムを単位に含めることができるため、それらのほとんどは、比容量の高い三元材料の代わりにコバルト酸リチウムを使用しています。ボリューム。コバルト酸リチウムは、体積密度に重点を置いた小型バッテリーで重要な役割を果たします。

技術開発と市場の変化に伴い、コバルト酸リチウム電池の需要もゆっくりと高まっています。タブレットや携帯電話などの電子機器に使用されており、近年ではさまざまな分野に拡大しています。コバルト酸リチウム電池は、その優れた安定性と一貫性、高エネルギー密度などの利点により、医療機器、計装、緊急バックアップ、特殊通信機器などに徐々に適用されています。

5)リチウム電池のアノード材料特性の比較

アノード材料は、リチウムイオン電池の性能を決定する重要な材料の1つであり、現在の市販のリチウムイオン電池のリチウムイオンの主な供給源でもあります。その性能と価格はリチウムイオン電池に大きな影響を与えます。現在、主にコバルト酸リチウム(LCO)、コバルト酸リチウム(LMO)、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物(NCM)、リチウムニッケルコバルトアルミネート(NCA)、リチウムなどの三元材料を含むアノード材料が開発され、適用されています。リン酸鉄(LFP)およびチタン酸リチウム(LTO)。

いくつかの市販のアノード材料の性能比較

項目コバルト酸リチウム二酸化マンガンリチウムリチウムニッケルコバルトマンガン酸化物リチウムニッケルコバルトアルミネートリン酸鉄リチウムチタン酸リチウム
化学式LiCoO2 LiMn2O4 LiNiCoMnO2 LiNiCoAlO2 LiFePO4 Li2TiO3
理論容量(mAh / g) 274 148 275 275 170 175
実際の容量(mAh / g) 140 120 160〜220 180 150 160
タップ密度(g / cm3) 2.8 2.2 2.62.6 2.62.6 1 1.68
圧縮密度(g / cm3) 4.2 3 3.6 3.6 2.2 2.43
電圧プラットフォーム(V) 3.7 4 3.5 3.5 3.3 2.4
サイクリングライフより良い悪い普通普通良いより良い
遷移金属希少豊富より豊富より豊富豊富不足
原材料費もっと高い安いです高価な高価な安いです高価な
環境を守ることコバルトを含む無毒ニッケルとコバルトを含むニッケルとコバルトを含む無毒無毒
安全性能悪い良いより良いより良いベストより良い

次の図は、鉛、ニッケル、リチウムシステムの特定のエネルギーを比較しています。リチウムアルミニウム(NCA)は、他のシステムよりも多くの容量を保存することで勝者ですが、特定のシナリオでの電力使用にのみ適しています。マンガン酸リチウム(LMO)とリン酸リチウム(LFP)は、比出力と熱安定性に優れています。チタン酸リチウム(LTO)は容量が少ない場合がありますが、他のバッテリーよりも寿命が長く、低温性能が最も優れています。

图片2.png

鉛、ニッケル、リチウムベースのバッテリーの典型的な比エネルギー

NCAは最も高い比エネルギーを持っています。ただし、マンガン酸リチウムとリン酸鉄リチウムは、電力と熱安定性に優れています。チタン酸リチウムは最高の耐用年数を持っています。

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