Quels sont les matériaux céramiques nécessaires à la fabrication des piles au lithium ?

Certains de ces matériaux deviennent directement des électrodes et des matériaux de séparation. D'autres sont devenus des matériaux d'emballage et d'autres encore des matériaux auxiliaires dans le processus de production des piles au lithium. La vidéo suivante présente la production de batteries par TYCORUN ENERGY. fabricant de batteries lithium-ion odm.

Le marché de ces matériaux céramiques a également prospéré grâce aux batteries au lithium. Voyons aujourd'hui quels matériaux céramiques sont nécessaires à la production d'une batterie au lithium.

Principaux matériaux céramiques du séparateur de batteries au lithium

Le séparateur est la partie qui présente la barrière technique la plus élevée parmi les matériaux des batteries lithium-ion, et son ratio de coût est le deuxième après celui des matériaux de la cathode, soit environ 10% à 14%. Dans certaines batteries haut de gamme, le ratio de coût du séparateur atteint même 20%.

À l'heure actuelle, les séparateurs céramiques peuvent être divisés en deux types en fonction de la méthode de préparation : d'une part, le séparateur traditionnel en polyoléfine ou le film non tissé comme film de base, une couche de céramique est recouverte sur la membrane de base par collage, pressage à chaud ou greffage pour former une membrane composite en céramique ; d'autre part, des particules céramiques de niveau nano et micro sont mélangées à des matières organiques pour former une suspension mixte, puis la suspension est étirée en un film ou un film non tissé.

Avec la popularité des motos et des véhicules électriques, les séparateurs traditionnels en polyoléfine ne peuvent pas répondre aux exigences de l'industrie automobile. batterie haute tension en termes de résistance à la haute tension et de performance à haute température. La technologie de revêtement des séparateurs est adoptée, et la faible conductivité thermique des céramiques est utilisée pour empêcher certains points d'emballement thermique de la batterie de s'étendre pour former un emballement thermique global ;

Les propriétés structurelles des matériaux inorganiques peuvent améliorer les performances de rétrécissement thermique du séparateur, qui présente une plus grande sécurité et une résistance potentielle élevée. En outre, le revêtement céramique est hydrophile et a une meilleure fonction d'absorption des liquides pour les électrolytes liquides, ce qui peut également améliorer l'uniformité de la distribution du courant interne de la batterie au lithium pendant la charge et la décharge. Actuellement, les matériaux céramiques principaux des batteries au lithium les plus concernés sont l'alumine de haute pureté, la boehmite, etc. pour le séparateur de batterie.

Oxyde d'aluminium de haute pureté

L'oxyde d'aluminium est un composé très dur dont le point de fusion est de 2054°C et le point d'ébullition de 2980°C. Il s'agit d'un cristal ionique qui peut être ionisé à des températures élevées. C'est un cristal ionique qui peut être ionisé à des températures élevées. En tant que substance inorganique, l'oxyde d'aluminium présente une stabilité thermique et une inertie chimique élevées, et constitue un bon choix pour les revêtements céramiques des séparateurs de batterie.

Le matériau céramique du séparateur est de l'alumine de haute pureté.

Ses avantages sont les suivants :

(1) Longue durée de vie. Réduit les microcircuits mécaniques dans le processus de cycle et améliore efficacement la durée de vie du cycle ;

(2) Fort grossissement. Le nano-oxyde d'aluminium de haute pureté peut former une solution solide dans les batteries au lithium, améliorant ainsi le taux et la performance du cycle ;

(3) Le nano-oxyde d'aluminium de haute pureté présente également une très bonne conductivité thermique. Lorsque la température de la batterie est trop élevée, ce matériau peut bien conduire la chaleur, ce qui résout le problème de la mauvaise conductivité thermique des matériaux PP/PE ;

(4) Bonne mouillabilité. La poudre de nano-oxyde d'aluminium de haute pureté possède de bonnes capacités d'absorption et de rétention des liquides ;

(5) Le matériau de nano-oxyde d'aluminium de haute pureté présente également un excellent retardateur de flamme. En effet, le matériau d'oxyde d'aluminium lui-même est un très bon retardateur de flamme, même si la température atteint le point zéro de la combustion, le bon retardateur de flamme du matériau empêchera une combustion à grande échelle, voire une explosion ;

(6) Lorsque le courant est trop important, il peut le bloquer. Avec l'amélioration continue de la capacité des batteries lithium-ion, l'énergie stockée à l'intérieur devient de plus en plus importante et la température interne augmente.

Il est possible que la température soit trop élevée pour faire fondre le séparateur négatif et provoquer un court-circuit.

Boehmite

La boehmite (AlOOH) est le précurseur du γ-Al2O3, avec ses propriétés chimiques, optiques et mécaniques uniques, elle a été largement utilisée dans les domaines des matériaux céramiques, des matériaux composites, des matériaux de protection de surface, des matériaux optiques, des catalyseurs et des matériaux porteurs, des matériaux semi-conducteurs et des revêtements.

Application de la boehmite pour le revêtement des membranes des piles au lithium

En plus de répondre aux exigences des batteries au lithium pour les séparateurs, la boehmite présente les avantages suivants par rapport à l'oxyde d'aluminium: :

(1) La dureté de la boehmite est faible, dans le processus de coupe et de revêtement, elle présente peu d'usure mécanique et son coût est inférieur à celui de l'oxyde d'aluminium de haute pureté.

(2) La boehmite présente une température de résistance à la chaleur élevée et une bonne compatibilité avec les matières organiques.

(3) La gravité spécifique de la boehmite est faible, et le même poids peut couvrir 25% plus de surface que l'oxyde d'aluminium de haute pureté.

(4) Revêtement très lisse et faible résistance interne.

(5) Faible consommation d'énergie et processus de production plus respectueux de l'environnement.

(6) Le taux d'absorption d'eau de la boehmite n'est que la moitié de celui de l'oxyde d'aluminium de haute pureté.

(7) La préparation de la boehmite est plus simple que celle de l'oxyde d'aluminium de haute pureté, qui doit passer par une série de processus compliqués tels que la calcination, le concassage et la classification.

(6) Le remplacement des matériaux de boehmite n'entraîne pas de seuil pour le remplacement des équipements et des processus des entreprises de séparation et des entreprises de fabrication de piles, et les dommages causés aux équipements des entreprises de séparation sont faibles. Les entreprises de séparation ont également tendance à coopérer avec les entreprises de batteries pour accélérer la vérification des matériaux et des produits à base de boehmite.

Additif pour cathode de batterie au lithium - Zircone

L'application des produits nanocomposites à base de zircone dans le domaine des nouvelles énergies se développe également. De plus en plus de conceptions de batteries au lithium commencent à utiliser le matériau céramique en poudre de zircone comme additif à la cathode afin de stabiliser les performances de la batterie et d'augmenter sa durée de vie. Prenons l'exemple du matériau de cathode de lithium nickel cobalt manganèse oxyde (LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2) pour voir l'effet de la nano-zircone sur les performances des matériaux de cathode.

La recherche a révélé que la capacité de décharge spécifique du matériau dopé au ZrO2 est significativement plus élevée que celle du matériau LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 original, ce qui peut être lié à la taille plus petite des particules du matériau dopé au ZrO2. Plus la taille des particules est petite, plus la désintercalation du matériau est facile au cours du processus de charge et de décharge, de sorte que la capacité spécifique de décharge du matériau dopé augmente.

Au fur et à mesure de la charge et de la décharge, une certaine quantité d'ions dopants Zr4+ peut également migrer vers la surface de l'électrode et former une solution solide, l'effondrement structurel dû aux changements structurels anisotropes au cours de la charge et de la décharge est évité, tandis que la solution solide agit également comme un revêtement protecteur empêchant le cobalt de se dissoudre dans l'électrolyte. Par conséquent, la structure du matériau devient très stable pendant la transition de phase au cours du cycle, et la stabilité du cycle est améliorée.

Autres matériaux céramiques utilisés pour les piles au lithium

Les saggers en cordiérite-mullite sont largement utilisés dans le domaine des matériaux pour cathodes de batteries au lithium en raison de leur excellente résistance aux chocs thermiques et de leur efficacité économique. La plaque de poussée en carbure de silicium est principalement composée d'oxyde de silicium et de carbure de silicium. Elle est utilisée dans le four à plaque de poussée pour les matériaux de cathode de batterie au lithium et dans le four à plaque de poussée calcinée pour les poudres inorganiques. La température d'application n'est pas élevée.

Les principaux matériaux des rouleaux céramiques sont : le corindon, le silicium d'aluminium, le quartz fondu et le carbure de silicium. En ce qui concerne les batteries au lithium, le rôle du four à rouleaux est principalement de fournir un espace fermé avec une atmosphère oxydante et de la chaleur afin de réaliser le frittage des matières premières de l'électrode positive des batteries au lithium-ion.

Dans le lien d'étanchéité de la batterie au lithium, un anneau électronique en céramique de la taille d'une pièce de monnaie (nom scientifique "connecteur d'étanchéité en céramique de la nouvelle batterie d'alimentation") est un composant important des véhicules électriques à énergie nouvelle, il est utilisé pour former une connexion conductrice étanche entre la plaque de recouvrement de la batterie d'alimentation et le pôle.

En outre, certaines poudres ou produits céramiques sont utilisés dans la préparation ou l'assemblage des batteries au lithium. En ce qui concerne la cathode des batteries au lithium, les matériaux céramiques à base d'oxyde d'aluminium ultrafin de haute pureté peuvent également être utilisés comme matériau additif pour l'électrode positive de la batterie afin de jouer le rôle de revêtement et de dopage.

En ce qui concerne l'anode des piles au lithium, il est entendu que les matériaux céramiques en micropoudre de carbure de silicium peuvent être combinés avec du graphite, des nanotubes de carbone, du nitrure de titane nanométrique, etc. pour fabriquer des matériaux d'électrode négative pour piles au lithium, ce qui peut améliorer la capacité et la durée de vie des piles au lithium.

En résumé, avec le développement continu des technologies et des matériaux avancés, davantage de matériaux céramiques pourraient être appliqués aux piles au lithium et même à l'ensemble du domaine des nouvelles énergies à l'avenir, et il pourrait y avoir de plus en plus de matériaux céramiques dans les piles au lithium. société de batteries lithium-ion aura des matériaux céramiques