„Bild“ der Vorlithifizierung von Leistungsbatterien

Die Nachfrage des Marktes nach hochwertigen Strom- und Energiespeicherbatterien wächst, und das Streben nach höherer Energiedichte treibt die Hersteller von Strombatterien dazu, neue Technologien einzusetzen, wodurch die „Obergrenze“ der Branche ständig herausgefordert wird.Die Produktvorteile, die durch neue technologische Veränderungen entstehen, könnten für Batterieunternehmen ein neuer Ausgangspunkt für den Wettbewerb um Marktmacht in der Lieferkette sein.

Im Hinblick auf Elektroden als „Behälter“ zur Speicherung von Lithiumionen ist die Auswahl neuer Elektrodenmaterialien mit höherer Kapazität ein direktes Mittel, um die Energie-„Obergrenze“ zu durchbrechen.Neben der intensiven Arbeit an den Materialien des „Behälters“ selbst ist die Vorlithifizierung der Elektroden eine wirksame Möglichkeit, die Gesamtkapazität und Energiedichte der Batterie direkt zu verbessern.

Allerdings basiert die Massenproduktion von Leistungsbatterien in der Phase der „Großproduktionserweiterung“ hauptsächlich auf der Verwendung sicherer und industriell ausgereifter Materialien, und die Industrialisierung neuer Elektrodenmaterialien steckt noch in den Kinderschuhen.Da sich die Produktionserweiterung ihrem Ende nähert, ist es sinnvoller, die Implementierung der Vorlithifizierungstechnologie auf der Grundlage aktueller Herstellungsverfahren zu fördern.

Pre-Lithium-Technologie. Positive Elektrode leicht zu negativer Elektrode

Während des ersten Ladevorgangs einer Lithiumbatterie reduziert und zersetzt sich der Elektrolyt auf der Oberfläche der negativen Elektrode und bildet einen Festelektrolyt-Phasengrenzflächenfilm (SEI), der Lithiumionen verbraucht, was zu einem niedrigen Anfangszyklus und einer niedrigen Coulomb-Effizienz (ICE) führt. , wodurch die Kapazität und Energiedichte der Lithiumbatterie verringert wird.Die Vorlithifizierung wird durch die Zugabe von Lithium erreicht, um den Verlust von Lithiumionen zu reduzieren und so die Batteriekapazität und Energiedichte zu verbessern.

Im Hinblick auf die Industrialisierung ist die Lithiumergänzung für negative Elektroden direkt, aber schwierig.Derzeit besteht der Hauptweg darin, reduzierendes Lithium zu ergänzen, was durch Lithiumfolie, Lithiumpulver oder Zusatzstoffe erreicht werden kann.

Die Schwierigkeit liegt in der Schwierigkeit des Lithium-Ergänzungsprozesses für die negative Elektrode.Die vorhandene Umgebung zur Elektrodenvorbereitung ist feucht, während reduzierendes Lithium eine hohe Reaktivität aufweist, was eine Stabilisierung und Oberflächenmodifizierung des reduzierenden Lithiums erfordert.Zusätzlich zur Schwierigkeit des Prozesses wird das zusätzliche reduzierende Lithium, wenn es nicht die Rolle der Vorlithifizierung spielt, in totes Lithium umgewandelt, was zur Lithiumentwicklung führt.

Die positive Elektrode erreicht eine „indirekte Lithiumergänzung“ durch Zugabe von Lithiumergänzungen, was besser mit bestehenden Herstellungsprozessen für Lithiumbatterien kompatibel ist.Durch die Zugabe eines Lithiumzusatzes werden beim Laden Lithiumionen an die negative Elektrode gedrückt.Das ideale Lithium-Ergänzungsmittel für die positive Elektrode sollte die Eigenschaften einer hohen spezifischen Energie, Stabilität und Kompatibilität mit dem Batteriematerialsystem aufweisen.

Sukzessive Patentierung

Als neue Technologie-„Rennstrecke“ zur Erzielung einer weiteren Erhöhung der Batterieenergiedichte sind Energiebatterieunternehmen und Materialunternehmen „ehrgeizig“ für die Vor-Lithium-Technologie und haben sukzessive Patentlayouts rund um die Vor-Lithium-Technologie eingeführt.

Aus der Perspektive des Patentlayouts relevanter Unternehmen haben verschiedene Unternehmen die Technologie der Vorlithifizierung von positiven und negativen Elektroden erforscht.Unter dem Gesichtspunkt der Machbarkeit ist die Industrialisierung von Lithiumzusätzen für positive Elektroden jedoch weniger schwierig umzusetzen, und eine weitere Industrialisierung kann rund um relevante Patente gefördert werden.

Ein von Ningde Times im Jahr 2021 erteiltes Patent umfasste eine Synthesemethode für Lithium-Ergänzungsmittel aus einer Lithium-Silizium-Legierung.Die Zugabestelle der Lithium-Ergänzungsmittel bedeckt die Oberfläche der positiven Elektrode, des Stromkollektors und zwischen den positiven Elektroden, was den anfänglichen Wirkungsgrad der Batterie (von weniger als 80 % auf nahezu 100 %), die Lebensdauer und die Effizienz erheblich verbessern kann hemmt die Batterieausdehnung.

Im Jahr 2021 erteilte Guoxuan High Tech außerdem zwei Patente für Lithiumzusätze für positive Elektroden, nämlich Graphenoxid-Kobalt-Lithiumoxid-Lithiumzusätze für positive Elektroden und kostengünstige Lithiumzusätze für positive Elektroden im Sol-Gel-Verfahren.

Im Jahr 2020 veröffentlichte German Nano ein Patent für die Synthesemethode von Lithiumferrit als Lithiumergänzung für positive Elektroden (lithiumreich).Darüber hinaus hat German Nanometer auch die Methode des Magnetron-Sputterns des Lithium-Ergänzungsmittels für die positive Elektrode auf die Kugelmühle für den Vorläufer der positiven Elektrode und das anschließende Kalzinieren des Vorläufers untersucht, um das Material für die positive Elektrode zu erhalten.

Die Industrialisierung von Lithiumpräparaten beginnt

Im Hinblick auf die Industrialisierung haben Lithiumpräparate für positive Elektroden ein großes Anwendungspotenzial gezeigt, und Unternehmen haben den Weg zur Industrialisierung von Lithiumpräparaten für positive Elektroden eingeschlagen.

Am 26. Februar wurde in Qujing, Yunnan, die jährliche Produktion des 20.000 Tonnen schweren Lithium-Ergänzungsmittelprojekts (Phase I) der deutschen Nanometer-Tochtergesellschaft German Chuangyu offiziell in Betrieb genommen.Es wird davon ausgegangen, dass dieses Projekt derzeit das erste Lithium-Ergänzungsprojekt für positive Elektroden weltweit ist, das eine Massenproduktion erreicht.German Nano erklärte, dass es in Zukunft den Bauprozess der zweiten Phase des Lithium-Ergänzungsprojekts Qujing Chuangjie mit einer Jahresproduktion von 20.000 Tonnen und des Lithium-Ergänzungsprojekts Chengdu Chuangjie mit einer Jahresproduktion von 5.000 Tonnen beschleunigen werde.

Darüber hinaus wurde nach der Eröffnung des neuen Jahres von Yanyi New Material bekannt gegeben, dass die unabhängig entwickelten LNO- und LFO-Lithiumzusätze für die positive Elektrode im Jahr 2022 in Massenproduktion ausgeliefert wurden und von führenden internationalen und inländischen Kunden anerkannt wurden.Die Speicherzellenkapazität des Produkts entsprach etwa 5 GWh.Yanyi Materials hat ein neues Lithium-Ergänzungsprojekt und ein Forschungsinstitutsprojekt in Wuxi arrangiert und wird nach Abschluss des Projekts die Lithium-Ergänzungskapazität um etwa 10.000 Tonnen erweitern.

Mit der allmählichen Verbreitung siliziumbasierter negativer Elektroden und der Nachfrage nach Lithiumergänzung für hochwertige Strom- und Energiespeicherbatterien wird die Vorlithifizierung allmählich zu einer wichtigen Entwicklungsrichtung für Lithiumbatterien.

Derzeit befindet sich die Vorlithifizierungstechnologie in der Branche noch im Explorationsstadium, aber mit der Massenproduktion von Lithiumzusätzen rückt die Anwendung der Vorlithifizierung in greifbare Nähe.Relevanten Prognosen zufolge könnte der Markt für Lithiumpräparate bis 2025 10 Milliarden Yuan überschreiten.Das Rennen um die Lithium-Ergänzung, ein neues Segment der Rennstrecke, hat bereits begonnen.Ob die Starter weiterhin in Führung liegen oder ob die Nachzügler einen überraschenden Sprung an die Spitze geschafft haben, bleibt ungewiss.