Агляд
Рынак літый-іонных акумулятараў (ЛІА) перажывае беспрэцэдэнтны рост, абумоўлены ўкараненнем электрамабіляў (ЭМ) і назапашваннем аднаўляльнай энергіі. У 2024 годзе сусветная вытворчая магутнасць літый-іонных акумулятараў (ЛІА) перавысіла 1200 ГВт·г, а да 2030 года, паводле прагнозаў, яна павялічыцца да 4000+ ГВт·г. Спецыяльныя хімічныя рэчывы адыгрываюць вырашальную ролю на ўсіх этапах каштоўнаснага ланцужка акумулятараў — ад палімерызацыі звязальнага палімера для электрода да сінтэзу электраліту і функцыяналізацыі сепаратара.
Асноўныя хімічныя праблемы ў вытворчасці акумулятараў уключаюць: дасягненне надзвычайнай чысціні (для акумулятарных класаў, <10 частак на мільён асобных металічных дамешкаў), кантроль малекулярнай масы полімернага звязальнага для аптымальнага счаплення электродаў, распрацоўку тэрмастабільных дабавак для электраліту і вытворчасць перадавых пакрыццяў для сепаратараў для павышэння бяспекі.
Хімічныя прымяненні ў вытворчасці акумулятараў
Спецыяльныя хімічныя рэчывы выкарыстоўваюцца на некалькіх этапах вытворчасці акумулятараў:
- Палімерызацыя звязальнага рэчыва электрода: для звязальных рэчываў на аснове ПВДФ (палівінілідэнафтарыру) і SBR/CMC патрабуюцца ініцыятары кантраляванай палімерызацыі. Для вытворчасці латэкснага звязальнага рэчыва SBR выкарыстоўваюцца ініцыятары AZO.
- Сыравіна для вытворчасці электраліту: для сінтэзу гексафтарыду літыю (LiPF₆) патрабуюцца хімікаты з высокай чысцінёй. Арганічныя карбанатныя растваральнікі (EC, DMC, EMC) патрабуюць каталізатараў для ачысткі.
- Пакрыцці сепаратараў: Для керамічных пакрыццяў (Al₂O₃, SiO₂) на поліалефінавых сепаратарах выкарыстоўваюцца полімерныя звязальныя рэчывы, якія вылугоўваюцца з дапамогай пераксідных або AZO-ініцыятараў.
- Апрацоўка зборніка току: Для паверхневай апрацоўкі алюмініевых і медных фольг выкарыстоўваюцца спецыяльныя рэактывы для гравіроўкі і хімікаты для пасаўтацыі.
- Тэрмакіраванне: для фазавых зменных матэрыялаў (ФЗМ) і цеплавых інтэрфейсных матэрыялаў выкарыстоўваюцца полімерныя матрицы, звязаныя пераксідамі.
Рэкамендацыі па прадуктах
| Прадукт | Хімічная назва | Нумар CAS | Прымяненне ў акумулятарах |
|---|---|---|---|
| АІБН | Азабіс(ізабутыранітрыл) | 78-67-1 | СБР-вязальны латекс для анода |
| Пэрадокс ДКП | Дыкумiл пераксід | 80-43-3 | Перакрыжаванне PE-дыэлектрыка |
| Электраны фтарыду | Высокачыстыя фтарыстыя солі | Рознае | Сінтэз электраліту LiPF₆ |
| Перадокс BIPB | Біс(т-бутаксілапераксиізапрапіл)бензен | 2212-81-9 | Замацаванне цеплавога інтэрфейснага матэрыялу |
| Літый карбанат | Li₂CO₃ (батарэйны клас) | 554-13-2 | Прэкурсор катада (NCM, LFP) |
Параўнанне: звязальныя сістэмы для электродаў літый-іонных акумулятараў
| Параметр | ПВДФ (Катод) | SBR/CMC (Анод) | Акрылавы на воднай аснове |
|---|---|---|---|
| Сістэма ініцыятараў | Н/Д (эмульсійная палімерызацыя) | АІБН/АЗА | АКВА (растваральны ў вадзе) |
| Растваральнік | NMP (таксічны, перапрацоўваецца) | Вада | Вада |
| Моцнасць счаплення | Выдатна | Добрае | Умераная |
| Электрахімічная стабільнасць | Выдатна (4,2 В+) | Добрае (<1.0 В адносна Li) | Добры (<3,0 В) |
| Кошт | Высокі ($15-25/кг) | Нізкі ($3-5/кг) | Нізкі ($3-6/кг) |
| Уплыў на навакольнае асяроддзе | Высокі (NMP) | Нізкі (вада) | Нізкі (вада) |
Прыклад з практыкі: павышэнне адгезіі звязальнага матэрыялу да анода для высокаўгляродзістых электродаў
Вытворца акумулятараў распрацоўваў аноды з высокай энергетычнай шчыльнасцю з утрыманнем 15% крэмнію (SiOₓ). Іх існуючы звязальны SBR/CMC дэманстраваў нізкую цыклічную стабільнасць (70% захавання ёмістасці пасля 300 цыклаў) з-за аб'ёмнага пашырэння крэмнію падчас літыявання/дэлітыявання, што выклікала дэламінацыю звязальнага.
Рашэнне: кампанія Do Sender Chem парэкамендавала аптымізаваны латекс SBR, сінтэзаваны з ініцыятарам AIBN з дакладнай загрузкай 0,4% па вазе, што дало вузкі PDI (1,5) латекс SBR з малекулярнай масай Mw 250 000. Палепшаны звязальны паказаў выдатную эластычнасць і адгезію да часціц крэмнію.
Вынікі:
- Захаванне ёмістасці пасля 300 цыклаў: 88% (з 70%)
- Эфектыўнасць па першым цыкле: 92,5% (ад 89%)
- Трываласць аддзялення электрода: 4,2 Н/м (ад 2,8 Н/м)
- Ацёк электрода пасля 100 цыклаў: 8% (ад 15%)
Патрабаванні да чысціні і кантроль якасці
Хімічныя рэчывы для акумулятарных батарэй патрабуюць строгага кантролю чысціні: (1) металічныя дамешкі (Fe, Cu, Ni, Cr) павінны складаць менш за 10 ppm кожная для прадухілення ўнутраных кароткіх замыканняў; (2) утрыманне вады ў растваральніках электраліту павінна быць менш за 20 ppm; (3) свабодная кіслата ў перакісах павінна быць <100 ppm для прадухілення карозіі электродаў; (4) памер часціц для цвёрдых дабавак павінен быць D50 <1 мкм для аднастайнага рассейвання. Кампанія Do Sender Chem прадастаўляе поўны Сертыфікат аналізу (CoA) з аналізам металаў метадам ІСП-МС (ICP-MS) для кожнай партыі хімікатаў батарэйнай якасці.