Méthodes de préparation de l'alumine de haute pureté et son application dans les batteries au lithium
Avec l'expansion et l'approfondissement continus de l'application de l'alumine, les exigences techniques en matière de pureté et de distribution de la taille des particules d'alumine augmentent. Cet article explore en profondeur la méthode de préparation de l'alumine de haute pureté.
Principales méthodes de préparation de l'alumine de haute pureté
Les méthodes de préparation de l'alumine de haute pureté en Chine comprennent principalement : la méthode Bayer améliorée, la méthode d'hydrolyse de l'alcool d'aluminium, la méthode de pyrolyse du sulfate d'ammonium d'aluminium et la méthode de pyrolyse du carbonate d'ammonium d'aluminium.
Analyse comparative des méthodes de préparation de l'alumine de haute pureté
| Méthodes de préparation | Principe de base | Avantages |
|---|---|---|
| Méthode de Bayer améliorée | Après hydrolyse de NaAlO₂ pour obtenir AI(OH)₃, il est cuit pour obtenir de l'alumine de haute pureté. | Large éventail de sources de matières premières, facilité de contrôle de la pureté de l'alumine de haute pureté |
| Méthode de Bayer améliorée | Décomposition à haute température d'alcoxydes d'aluminium organiques | La température de réaction est basse, la pureté est aussi élevée que 4N5 et la distribution de la taille des particules est faible. Il peut répondre aux exigences de la production de LED et de saphir monocristallin, et peut également répondre aux exigences du revêtement céramique, et le processus est non polluant. |
| Méthode de Bayer améliorée | Décomposition à haute température de l'alun d'aluminium ammoniacal de haute pureté | Le processus est relativement simple, l'investissement est le plus faible, le coût est relativement bas, la distribution de la taille des particules est étroite et l'agglomération de la poudre est faible. |
| Méthode de pyrolyse du carbonate d'aluminium et d'ammonium | Décomposition à haute température du carbonate d'ammonium et d'aluminium de haute pureté | Pas de pollution, le processus est relativement simple et le taux de rendement du produit est amélioré, ce qui entraîne la production de déchets liquides. |
Application de l'alumine dans les batteries au lithium
Application dans les matériaux de cathode
Dans la recherche sur les matériaux de cathode pour les batteries lithium-ion, un moyen important d'améliorer les performances des matériaux consiste à recouvrir la surface des matériaux d'électrode. L'objectif est de réduire le contact entre la substance acide de l'électrolyte et le matériau d'électrode, de réduire la corrosion de l'électrode par l'acide fluorhydrique et de réduire la réaction latérale acide-base, ce qui contribue grandement à améliorer la stabilité structurelle du matériau de la cathode.
À l'heure actuelle, l'Al2O3 est l'un des matériaux de revêtement d'oxyde les plus étudiés. Il est largement utilisé en raison de ses réserves abondantes et de son faible prix, et peut améliorer de manière significative la stabilité structurelle, les performances électrochimiques et la sécurité des matériaux cathodiques.
Le matériau LiMn2O4 est un matériau d'électrode de haute sécurité. Cependant, dans un environnement à haute température et dans un processus de cycle à long terme, il y a un phénomène de dissolution du métal manganèse, qui affecte sérieusement la durée de vie de la batterie. La zone de contact entre la surface de LiMn2O4 recouverte d'Al2O3 et l'acide fluorhydrique dans l'électrolyte est réduite.
Par conséquent, l'effet de corrosion de l'acide fluorhydrique sur le matériau de l'électrode est réduit, la solubilité du manganèse est également contrôlée, la stabilité structurelle de LiMn2O4 est améliorée et l'évanouissement de la capacité de l'électrode est amélioré.
Le matériau à haute teneur en nickel est un matériau de cathode à haute capacité en grammes, mais la durée de vie du cycle à haute température et la sécurité doivent être améliorées. Le revêtement d'Al2O3 fait reculer la position de départ du pic exothermique détecté par la cathode et le dégagement de chaleur diminue, ce qui indique que l'Al2O3 réduit l'activité de surface de l'oxyde de manganèse nickel-cobalt-lithium et améliore la stabilité thermique du matériau.
Application dans les séparateurs
Le séparateur est le matériau clé pour réaliser la séparation physique de la cathode et de l'anode, et ses performances ont un impact important sur la fiabilité et la sécurité des batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion émettent beaucoup de chaleur lorsqu'elles fonctionnent en continu à un courant élevé pendant une longue période, ce qui exige que le séparateur ait un point de fusion élevé et un faible taux de rétraction à des températures élevées pour éviter les courts-circuits entre la cathode et l'anode causés par la rétraction ou la fusion à haute température.
Le PP, le PE et leurs dérivés sont des matériaux courants pour les séparateurs de batteries lithium-ion, et leur utilisation dans des conditions de température élevée présente des risques. La surface du séparateur revêtu présente une structure poreuse uniforme, la résistance mécanique du séparateur est considérablement améliorée et la taille des particules de céramique est faible.
Le revêtement céramique présente une surface spécifique élevée et davantage de pores, et le film de revêtement peut absorber davantage d'électrolyte, ce qui contribue grandement à améliorer les performances électriques de la batterie.
Application dans l'anode
La poudre d'alumine peut être déposée non seulement sur le séparateur, mais aussi sur la surface de l'anode. Le revêtement d'oxyde d'aluminium est appliqué uniformément sur la surface de l'anode en graphite, et l'expérience de l'oxyde d'aluminium est terminée. les 10 premiers fabricants de matériaux d'anode prouve que l'anode recouverte de céramique d'alumine n'a pas d'effet négatif sur les performances de décharge à courant élevé de la batterie.
Au cours des cycles multiples, la morphologie et la taille des particules du revêtement d'alumine sont restées fondamentalement stables, le revêtement n'a pas eu d'effet significatif sur la structure cristalline du graphite, et le comportement de désintercalation des ions lithium dans le graphite n'a pas changé de manière significative.
Le revêtement de céramique d'alumine améliore la stabilité de l'interface de l'anode, réduit la perte de lithium actif et améliore la rétention de la charge et la performance du cycle de la batterie lithium-ion. Pendant le test d'acupuncture, le revêtement céramique sur la surface de l'anode peut réduire la gravité du court-circuit entre la cathode et l'anode.
Application à l'électrolyte solide
Avec le développement rapide de l'industrie des véhicules électriques, les terminaux des consommateurs ont des exigences de plus en plus élevées en ce qui concerne les performances globales des batteries d'alimentation. L'amélioration de la densité énergétique massique des batteries lithium-ion traditionnelles s'est heurtée à un goulet d'étranglement, et les problèmes de sécurité des batteries lithium-ion dans des conditions de température élevée et d'abus sont importants. Afin de répondre aux exigences en matière de densité énergétique et de sécurité, le développement de batteries au lithium-ion est devenu une priorité. batterie à l'état solide est indispensable.
Contrairement aux électrolytes liquides, les électrolytes solides ont une dureté élevée et une certaine résistance mécanique, ce qui a un effet inhibiteur important sur la croissance des dendrites de lithium. Le lithium métal peut être utilisé comme électrodes dans les batteries à l'état solide, ce qui permet d'augmenter considérablement la densité énergétique des batteries.
Dans le cadre de la recherche sur les électrolytes polymères à l'état solide, de nombreux électrolytes polymères basés sur des sels métalliques dissous dans des polyéthers, en particulier le PEO, ont fait l'objet d'études approfondies. Leur conductivité électrique est généralement faible à température ambiante, et l'ajout de nano-oxydes peut non seulement augmenter la conductivité du polymère, mais aussi en améliorer la stabilité.
La surface spécifique élevée d'Al2O3 peut maintenir efficacement l'électrolyte liquide et faciliter l'adsorption des traces d'impuretés résiduelles, améliorant ainsi la compatibilité de l'électrolyte polymère composite avec le métal Li.
Conclusion
L'alumine de haute pureté est une matière première importante, et elle est de plus en plus largement utilisée dans les matériaux d'électrode des batteries au lithium, les matériaux de diaphragme et les électrolytes solides. L'introduction de l'alumine est non seulement bénéfique pour l'amélioration des performances électrochimiques des matériaux d'électrode, mais elle contribue également à l'amélioration de la sécurité des batteries. Avec l'approfondissement de la recherche, l'application de l'alumine dans les batteries au lithium sera encore plus poussée.
