三元リチウム電池がコバルト酸リチウムを完全に置き換えることができないのはなぜですか？

コバルト酸リチウムは、リチウムイオン電池のカソード材料の創始者です。 1980年以来、パフォーマンスの調査を停止することはありません。これまでのところ、コバルト酸リチウムは依然として電子製品のリチウムイオン電池の市場の約90％を占めています。コバルト酸リチウムは、欠陥がないためではなく、今日使用できます。 5年間の開発の後、コバルト酸リチウムは限界に達しました。これらについては、分析の後半で詳しく説明します。コバルトのリチウム酸の最大の利点は、それ自体が正しいフィールドを見つけることだと思います。言うまでもなく、適切が最適です。

実際、コバルト酸リチウムには不十分な場所がたくさんあります。たとえば、彼の安全性と過充電抵抗は良くありません。希少なコバルト資源への依存、サイクル性能は比較的悪いなど。これらの欠陥もコバルトに運命づけられています。リチウム酸は電力の面で場所を持っている可能性が低く、それはまた、激しい電力市場で他のマンガンベースの材料およびリン酸システム材料との競争を回避します。それは3C市場に捧げられており、さらに重要なことに、その多くの欠陥があります。 3C分野では、十分にカバーされています。大容量の小型3Cリチウム電池は、安全性や過充電耐性に対する厳しい要件がなく、コバルトの価格は非常に高いものの、500週間以上のサイクルで基本的に需要を満たすことができます。ただし、合成プロセスが単純で、3C製品の収益性が高いため、最も重要なことは、現在のカソード材料では、ニッケル酸リチウムとNCAおよび高ニッケルのエネルギーにもかかわらず、コバルト酸リチウムのエネルギー密度がほぼ最も高いことです。 。密度にはコバルト酸リチウムとは異なる利点がありますが、プロセスが未成熟であるなどの一連の理由により、コバルト酸リチウムの主流の状態を揺るがすことができませんでした。

しかし、最近、3C製品のエネルギー密度に対する前例のない需要により、高密度の新材料では、エネルギー密度の欠陥が前例のないほど明らかになっています。

まず、グラム容量の観点から、コバルト酸リチウムの理論値は275mAh / gですが、バンドの最上相のため、深い放電が発生すると、Li1-xCoO2はO2および2Pバンドに多数の正孔をもたらします。 。 x> 0.5の場合、結晶格子内の酸素が脱離し、結晶構造が不安定になるため、コバルト酸リチウムの実際の可逆比容量は一般に約140であり、従来の電圧ではそれ以上の改善は見られません。

圧縮密度の点では、コバルト酸リチウムが電極処理に最適な正極材料であり、その形態制御は完璧になっています。現在、圧縮密度は限界に達しており、再度改善することはほぼ不可能です。

高電圧方向から見ると、コバルト酸リチウムのもう1つの致命的な欠陥は、高電圧に対する感度です。もちろん、4.35Vの高圧電解液と組み合わせた通常のコバルト酸リチウムは、サイクルの要件をほとんど満たすことができず、Mg元素などをドープすることにより、より高い電圧での可能性があります。ただし、通常のコバルト酸リチウムはすでに4.35 Vの限界であり、ドーピングによってドープされたコバルト酸リチウムはより高い電圧に耐えることができます。ただし、元素のドーピングにより、コバルト酸リチウムの処理コストが増加します。最も重要なことは、三元材料が高電圧でのコバルト酸リチウムに対するエネルギー密度の利点を強調しており、より高い電圧の可能性に基づいて、コバルト酸リチウムへの脅威が高まっていることです。

三元材料の実用化は、2001年の水酸化物共沈法の台頭から始まりました。この方法で調製された材料は、完全な層状構造、優れた電気化学的性能、実験室での欠陥がほとんどなく、多くの人々でさえ三元材料がコスト面での利点と比較的環境にやさしいため、すぐにコバルト酸リチウムに取って代わります。しかし、10年後、三元材料はコバルト酸リチウムに取って代わらず、人々は三元材料の大きな利点を目にしましたが、実験室から工業化へのバンプの多くを目にします。

優れた工業化プロセスは、単純で実行可能であることに加えて、材料特性、水酸化物共沈法、および小さな粒子の二次凝集のために単独で使用するのが難しい調製された三元材料のすべての側面に注意を払う必要があります。本体は圧延時に壊れやすく、凝集物が緻密で滑らかであっても、高圧下での材料の形状を確保することは困難です。韓国の専門家は、会議でさまざまな圧力の下で三元材料をシミュレートしました。粒子破壊の場合、圧力がそれほど高くなくても、小さなボールの15％以上が破壊されることがわかりました。もちろん、合成プロセスの継続的な改善により、現在の3成分はすでに3.3〜3.5の圧縮密度を持つことができます。この間隔では、電気化学的性能が向上する可能性があります。ここで説明する必要があるのは、現在の三元材料は圧縮できないわけではありませんが、高圧下では二次粒子が破壊され、必然的に活物質になり、バインダー導電剤の接触が緊密にならず、分極が発生します電極の性能を低下させます。現在、主な解決策はコバルト酸リチウムと混合することであり、コバルト酸リチウムの一次粒子は3つです。メタマテリアルは、良好な電極処理性能を確保するためのサポートを提供します。さらに、一部のメーカーは、コバルト酸リチウムと三成分を混合および焼結して、コバルト酸リチウムよりも高いグラム容量と3.95のコンパクト密度を備えた材料を製造し、電極処理を改善しています。性能、および比較的改善された材料安定性が、この材料のコストは比較的高く、エネルギー密度はコバルト酸リチウムの現在のレベルを超えることはできません。これはまた、三元材料のプロセスに新たな課題をもたらします。

実際、コバルト酸リチウムの真の密度は約5.1であり、三元材料（111が例）は約4.8ですが、現在のプロセスでの最終的な圧縮は大きく異なります（コバルト酸リチウム4.2、三元3.6）。中国では4.35Vの電解質の工業化が遅れており、コスト面で有利であるにもかかわらず、ローエンドの電子製品や特定の電力分野で三元材料が使用されています。

したがって、この段階では、材料の観点から、三元材料の層構造が安定し、理論上のグラム容量を確保するために、三元圧縮密度をどのように改善するかが最も現実的な問題の1つです。圧縮密度を10％増加させることにより、三元材料のエネルギー密度は高品質のコバルト酸リチウムのレベルに達することができます。そのコスト上の利点、より高い安全性、および優れた高電圧の可能性に基づいて、三元材料はコバルト酸リチウムに取って代わります。それは実験室の先見性にすぎません。

この点で、コバルト酸リチウムの考え方によれば、三元材料をコバルト酸リチウムの一次球状粒子にします（言うのは簡単ですが、三元一次粒子の成長環境は、確実にするために厳密な制御が必要です製品の外観と一貫性の制御は、前駆体から自己調製されます。形態の点でコバルト酸リチウムに非常に近いです。三元材料の速度性能がコバルト酸リチウムほど良くないことを考えると、対応する粒子サイズ分布も設計しました。速度、安定性、エネルギー密度のバランスをとるようにしてください。以前のLNCM-35はすでに3.7〜3.9の圧縮を達成できます。改善プロセス後の新しい材料の圧縮は、さらに改善されることが期待されます。さらに、現在主流の532市場では、532製品の新しいバッチLNCM-50がまもなく利用可能になります。3.6以上の圧縮を保証しながら、それは私たちのcです。その安定性を向上させるためのurrentテーマ。

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