Qué materiales cerámicos se necesitan para una pila de litio

Algunos de estos materiales se convierten directamente en electrodos y materiales separadores. Algunos se han convertido en materiales de envasado y otros en materiales auxiliares en el proceso de producción de baterías de litio. El siguiente vídeo es la introducción a la producción de baterías de TYCORUN ENERGY fabricante de baterías de iones de litio odm.

El mercado de estos materiales cerámicos también ha florecido gracias a las baterías de litio. Veamos hoy qué materiales cerámicos se necesitan para fabricar una pila de litio.

Principales materiales cerámicos del separador de baterías de litio

El separador es la parte con la barrera técnica más alta entre los materiales de las baterías de iones de litio, y su ratio de coste es el segundo después de los materiales del cátodo, alrededor de 10% a 14%. En algunas baterías de gama alta, el coste del separador alcanza incluso los 20%.

En la actualidad, los separadores cerámicos pueden dividirse en dos tipos según el método de preparación, uno es el separador de poliolefina tradicional o la película no tejida como película base, se cubre una capa cerámica sobre la membrana base mediante unión, prensado en caliente o injerto para formar una membrana compuesta cerámica; el otro es mezclar partículas cerámicas de nano y micronivel en materiales orgánicos para hacer una lechada mixta, y luego estirar la lechada en una película o hacer una película no tejida.

Con la popularidad de las motocicletas y los vehículos eléctricos, los separadores de poliolefina tradicionales no pueden cumplir los requisitos de batería de alto voltaje en términos de resistencia a la alta tensión y rendimiento a alta temperatura. Se adopta la tecnología de revestimiento separador y se utiliza la baja conductividad térmica de la cerámica para evitar que determinados puntos de fuga térmica de la batería se expandan hasta formar una fuga térmica general;

Las propiedades estructurales de los materiales inorgánicos pueden mejorar el rendimiento de contracción térmica del separador, que tiene mayor seguridad y alta resistencia potencial. Además, el revestimiento cerámico es hidrófilo y tiene una mejor función de absorción de líquidos para electrolitos líquidos, lo que también puede mejorar la uniformidad de la distribución de la corriente interna de la batería de litio durante la carga y la descarga. En la actualidad, los principales materiales cerámicos para baterías de litio son la alúmina de alta pureza, la boehmita, etc. para el separador de baterías.

Óxido de aluminio de gran pureza

El óxido de aluminio es un compuesto de gran dureza con un punto de fusión de 2054°C y un punto de ebullición de 2980°C. Es un cristal iónico que puede ionizarse a altas temperaturas. Como sustancia inorgánica, el óxido de aluminio tiene una gran estabilidad térmica e inercia química, y es una buena elección para revestimientos cerámicos de separadores de baterías.

El material cerámico del separador tiene alúmina de alta pureza

Sus ventajas son:

(1) Largo ciclo de vida. Reduce el micro-cortocircuito mecánico en el proceso del ciclo y mejora eficazmente la vida del ciclo;

(2) Gran aumento. El óxido de nanoaluminio de gran pureza puede formar una solución sólida en las baterías de litio, mejorando la tasa y el rendimiento del ciclo;

(3)El óxido de nanoaluminio de gran pureza también tiene una conductividad térmica muy buena. Cuando la temperatura de la batería es demasiado alta, este material puede conducir bien el calor, resolviendo así el problema de la escasa conductividad térmica de los materiales PP/PE;

(4) Buena humectabilidad. El polvo de óxido de nanoaluminio de alta pureza tiene una buena capacidad de absorción y retención de líquidos;

(5) El material de óxido de nanoaluminio de alta pureza también tiene una excelente retardancia de la llama. Esto se debe a que el material de óxido de aluminio en sí es un muy buen retardante de llama, incluso si la temperatura alcanza el punto cero de combustión, el buen retardante de llama del material evitará la combustión a gran escala o incluso la explosión;

(6) Cuando la corriente es demasiado grande, puede bloquear la corriente. Con la mejora continua de la capacidad de las baterías de iones de litio, la energía almacenada en su interior es cada vez mayor, y la temperatura interna aumentará.

Es posible que la temperatura sea demasiado alta para fundir el separador negativo y provocar un cortocircuito

Boehmita

La boehmita (AlOOH) es el precursor del γ-Al2O3. Con sus propiedades químicas, ópticas y mecánicas únicas, se ha utilizado ampliamente en los campos de los materiales cerámicos, materiales compuestos, materiales de protección de superficies, materiales ópticos, catalizadores y materiales portadores, materiales semiconductores y revestimientos.

Aplicación del revestimiento de boehmita para diafragmas de baterías de litio

Además de cumplir los requisitos de las baterías de litio para los separadores, la boehmita tiene las siguientes ventajas en comparación con el óxido de aluminio::

(1) La dureza de la boehmita es baja, en el proceso de corte y recubrimiento, tiene poco desgaste mecánico, y su coste es inferior al del óxido de aluminio de alta pureza.

(2) La boehmita tiene una alta temperatura de resistencia al calor y una buena compatibilidad con la materia orgánica.

(3) El peso específico de la boehmita es pequeño, y el mismo peso puede cubrir 25% más superficie que el óxido de aluminio de gran pureza.

(4) Elevada suavidad del revestimiento y baja resistencia interna.

(5) Bajo consumo de energía, y el proceso de producción es más respetuoso con el medio ambiente.

(6) La tasa de absorción de agua de la boehmita es sólo la mitad de la del óxido de aluminio de gran pureza.

(7) La preparación de la boehmita es más sencilla, a diferencia del óxido de aluminio de gran pureza, que tiene que pasar por una serie de procesos complicados, como la calcinación, la trituración y la clasificación.

(6) La sustitución de los materiales de boehmita no tiene un umbral de sustitución de equipos y procesos para las empresas de separadores y las empresas de baterías, y el daño a los equipos de las empresas de separadores es pequeño. Las empresas de separación también tienden a cooperar con las empresas de baterías para acelerar la verificación de los materiales de boehmita y la verificación de los productos.

Aditivo para cátodos de baterías de litio - Zirconia

La aplicación de productos nanocompuestos de zirconia en el campo de las nuevas energías también se está ampliando. Cada vez más diseños de baterías de litio empiezan a utilizar material cerámico en polvo de circonio como material aditivo del cátodo para estabilizar el rendimiento de la batería y aumentar su vida útil. Tomemos como ejemplo el material de cátodo de óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso (LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2) para ver el efecto de la nanocirconia en el rendimiento de los materiales de cátodo.

La investigación descubrió que la capacidad específica de descarga del material dopado con ZrO2 es significativamente mayor que la del material LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 original, lo que puede estar relacionado con el menor tamaño de las partículas del material dopado con ZrO2. Cuanto menor es el tamaño de las partículas, más fácil es la desintercalación del material durante el proceso de carga y descarga, por lo que aumenta la capacidad específica de descarga del material dopado.

A medida que la carga y la descarga progresan, una cierta cantidad de iones dopantes Zr4+ también puede migrar a la superficie del electrodo y formar una solución sólida, se evita el colapso estructural debido a los cambios estructurales anisotrópicos durante la carga y la descarga, mientras que la solución sólida también actúa como una capa protectora que impide que el cobalto se disuelva en el electrolito. Por lo tanto, la estructura del material se vuelve muy estable durante la transición de fase durante el ciclado, y se mejora la estabilidad del ciclado.

Otros materiales cerámicos utilizados para las pilas de litio

Las placas de empuje de cordierita-mullita se utilizan ampliamente en el campo de los materiales para cátodos de baterías de litio por su excelente resistencia al choque térmico y su eficiencia económica. La placa de empuje de carburo de silicio se compone principalmente de óxido de silicio y carburo de silicio. Se utiliza en el horno de placa de empuje para material de cátodo de batería de litio y en el horno de placa de empuje calcinado para polvo inorgánico. La temperatura de aplicación no es alta.

Los principales materiales de los rodillos cerámicos son: corindón, aluminio-silicio, cuarzo fundido y carburo de silicio. En lo que respecta a las baterías de litio, la función del horno de rodillos es principalmente proporcionar un espacio cerrado con atmósfera oxidante y calor para realizar la sinterización de las materias primas del electrodo positivo de las baterías de iones de litio.

En el enlace de sellado de la batería de litio, un anillo cerámico electrónico del tamaño de una moneda (nombre científico "nuevo conector de sellado cerámico de la batería de potencia") es un componente importante en los vehículos eléctricos de nueva energía, se utiliza para formar una conexión conductiva sellada entre la placa de cubierta de la batería de potencia y el polo.

Además, algunos polvos o productos cerámicos se utilizan en la preparación o el montaje de baterías de litio. En cuanto al cátodo de la batería de litio, los materiales cerámicos de óxido de aluminio ultrafino de alta pureza también pueden utilizarse como material aditivo para el electrodo positivo de la batería para desempeñar el papel de revestimiento y dopaje.

En cuanto al ánodo de la batería de litio, se entiende que los materiales cerámicos de micropolvo de carburo de silicio pueden combinarse con grafito, nanotubos de carbono, nitruro de nanotitanio, etc. para fabricar materiales de electrodo negativo de batería de litio, que pueden mejorar la capacidad y la vida útil de las baterías de litio.

En resumen, con el desarrollo continuo de tecnologías y materiales avanzados, es posible que en el futuro se apliquen más materiales cerámicos a las baterías de litio e incluso a todo el campo de las nuevas energías, y que haya cada vez más empresa de baterías de iones de litio tendrá materiales cerámicos