लिथियम-आयन बैटरी निर्माण में, घोल की सुंदरता (मुख्य रूप से इलेक्ट्रोड स्लरी का उल्लेख करना) एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो इलेक्ट्रोड प्रदर्शन को प्रभावित करता है (जैसे कि क्षमता, दर क्षमता, चक्र जीवन, सुरक्षा) और प्रक्रिया स्थिरता . अलग-अलग बैटरी प्रकारों में स्लरी के लिए काफी अलग-अलग रंग की आवश्यकताएं होती हैं, उनके सकारात्मक/नकारात्मक इलेक्ट्रोड सक्रिय सामग्री (जैसे क्रिस्टल संरचना, आयनिक/इलेक्ट्रॉनिक चालकता, विशिष्ट सतह क्षेत्र, यांत्रिक शक्ति, प्रतिक्रियाशीलता) और इलेक्ट्रोड माइक्रोस्ट्रक्चर के लिए विभिन्न आवश्यकताएं .
निम्नलिखित प्रमुख बैटरी प्रकारों के लिए घोल की सुंदर आवश्यकताओं का एक विस्तृत विश्लेषण है:
I . लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड (LCO) बैटरी
1. सामग्री विशेषताएँ:
स्तरित संरचना (r -3 m), उच्च सैद्धांतिक क्षमता (~ 274 mah/g), उच्च संघनन घनत्व, लेकिन अपेक्षाकृत खराब संरचनात्मक स्थिरता (विशेष रूप से उच्च वोल्टेज पर), मध्यम चक्र जीवन और थर्मल स्थिरता, उच्च लागत .}
2. महीन आवश्यकताएं):
उच्च सुंदरता की आवश्यकता होती है . आमतौर पर 5-8 μM, d90 <15 μM, अधिकतम कण आकार dmax <20-25 μM . की सीमा में d50 की आवश्यकता होती है
3. कारण:
- उच्च दर प्रदर्शन: महीन कण कणों के भीतर लिथियम-आयन प्रसार पथ को छोटा करते हैं, उच्च दर चार्जिंग की सुविधा और . को डिस्चार्ज करना
- उच्च संघनन घनत्व: ठीक कण अधिक कसकर पैक कर सकते हैं, इलेक्ट्रोड के संघनन घनत्व और वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व . को बढ़ा सकते हैं
- साइड रिएक्शन को कम करना/साइकिल चलाने में सुधार: छोटे और समान कण एक अधिक समान ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (SEI) फिल्म बनाने में मदद करते हैं, बड़े कणों में स्थानीयकृत तनाव एकाग्रता के कारण होने वाली दरारें को कम करने और इलेक्ट्रोलाइट के साथ साइड प्रतिक्रियाओं, चक्र स्थिरता में सुधार (विशेष रूप से उच्च वोल्टेज पर) .
- ध्रुवीकरण को कम करना: कण आकार को कम करने से चार्ज ट्रांसफर प्रतिरोध और एकाग्रता ध्रुवीकरण कम हो सकता है .
Ii . लिथियम आयरन फॉस्फेट (LFP) बैटरी
1. सामग्री विशेषताएँ:
ओलिविन संरचना (पीएनएमए), अत्यंत स्थिर संरचना (मजबूत पीओ बॉन्ड), लंबे चक्र जीवन, उत्कृष्ट थर्मल सुरक्षा, कम लागत . हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक चालकता और आयनिक चालकता दोनों कम हैं, संघनित घनत्व और वोल्टेज पठार कम हैं .}
2. महीन आवश्यकताएँ:
बहुत उच्च सुंदरता की आवश्यकता होती है . आमतौर पर 0.2-1.0 μM (200-1000 nm) की सीमा में d50 की आवश्यकता होती है, d90 <2-3 μM .
3. कारण:
- आंतरिक कम चालकता पर काबू पाना: यह मुख्य कारण है . LFP की बेहद कम इलेक्ट्रॉनिक और आयनिक चालकता इसके प्रदर्शन के लिए मुख्य अड़चन है . इसे (D50 (D50)<1μm) is a key strategy to improve rate capability, significantly shortening the transport paths of electrons and lithium ions.
- सुधार दर प्रदर्शन: नैनोकणों को उच्च दर चार्ज/डिस्चार्ज क्षमता . सक्षम करने में सक्षम है
- नल/संघनन घनत्व में सुधार: हालांकि नैनोकणों में स्वयं कम नल घनत्व होता है, उचित कण आकृति विज्ञान (जैसे कि गोलाकारकरण) और स्लरी/इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के माध्यम से, ठीक प्राथमिक कण बेहतर भर सकते हैं, इलेक्ट्रोड संघनन घनत्व में सुधार कर सकते हैं (हालांकि अभी भी एलसीओ/एनसीएम से कम) .} .}
- पूरी तरह से उपयोग करने की क्षमता: सुनिश्चित करता है
Iii . ncm बैटरी (liniₓcoᵧmn₂o₂)
1. सामग्री विशेषताएँ:
स्तरित संरचना (r -3 m), लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड की उच्च क्षमता/उच्च वोल्टेज को जोड़ती है, लिथियम निकलेट की उच्च क्षमता, और लिथियम मैंगनेट की स्थिरता/कम लागत . प्रदर्शन (ऊर्जा घनत्व, दर क्षमता, दर, चक्र, चक्र जीवन, सुरक्षा, सुरक्षा, लागत, { NCM111, 523, 622, 811) . उच्च निकेल सामग्री उच्च क्षमता और ऊर्जा घनत्व की ओर ले जाती है, लेकिन संरचनात्मक स्थिरता और सुरक्षा में अधिक से अधिक चुनौतियां .}
2. महीन आवश्यकताएँ:
उच्च सुंदरता की आवश्यकता है, लेकिन विशिष्ट आवश्यकताएं निकल सामग्री . बढ़ाने के साथ सख्त हो जाती हैं
मध्यम/निम्न निकल (e . g ., ncm523 और नीचे): d50 आमतौर पर 6-10 μM, d90 <18-22 μM .
उच्च निकल (e . g ., ncm622, 811, nca): d50 को महीन कणों की आवश्यकता होती है, आमतौर पर 3-8 μM (विशेष रूप से 811/nca finer होने के लिए जाता है), d90
3. कारण:
- उच्च ऊर्जा घनत्व/दर प्रदर्शन: ठीक कण संघनन घनत्व और दर प्रदर्शन को बढ़ाने में मदद करते हैं (li⁺ प्रसार पथ को छोटा करना) .
- उच्च-निकेल सामग्रियों की संरचनात्मक स्थिरता में सुधार: उच्च-निकेल सामग्री (उच्च प्रतिक्रियाशीलता) संरचनात्मक गिरावट (e . g ., चरण संक्रमण, माइक्रोक्रैक) से अधिक है।
- ठीक और मोनोडिस्पर्स कण कर सकते हैं: कणों के भीतर तनाव एकाग्रता को कम करें और दीक्षा/प्रसार .
- एक अधिक समान और स्थिर सीईआई फिल्म बनाएं, इलेक्ट्रोलाइट की खपत को कम करना और संक्रमण धातु आयन विघटन {{०}}
- साइकिल चलाने के दौरान कण पुलवराइजेशन को कम करें, चक्र जीवन में सुधार करें .
- इंटरफेसियल प्रतिबाधा/ध्रुवीकरण कम करें: LCO . के समान
- सुरक्षा विचार: महीन कणों में अपेक्षाकृत बेहतर गर्मी अपव्यय और अधिक स्थिर संरचना होती है, जो सुरक्षा में सुधार करने में मदद करती है (विशेष रूप से उच्च-निकेल सामग्री के लिए) .
Iv . nca बैटरी (liniₓcoᵧal₂o₂)
1. सामग्री की विशेषताएं: उच्च-निकेल NCM (उच्च क्षमता, उच्च ऊर्जा घनत्व) के समान बहुत समान
2. महीन आवश्यकताएँ:
बहुत उच्च सुंदरता की आवश्यकता होती है, उच्च-निकेल NCM (e . g ., 811) . d50 के बराबर या समतुल्य, आमतौर पर 3-7 μM, d90
3. कारण:
उच्च-निकेल NCM . के लिए समान रूप से उच्च ऊर्जा घनत्व . का पीछा करते हुए नैनो-आकार/ठीक कणों के माध्यम से संरचनात्मक स्थिरता, चक्र जीवन और सुरक्षा को अधिकतम करने में कोर है।
V . लिथियम टाइटनेट (LTO) बैटरी)
1. सामग्री विशेषताएँ:
स्पिनल संरचना (fd -3 m), जिसका उपयोग एनोड . के रूप में किया जाता है, में "शून्य-तनाव" विशेषता (न्यूनतम वॉल्यूम परिवर्तन), अल्ट्रा-लॉन्ग साइकिल लाइफ (10 से अधिक, 000 चक्र), उत्कृष्ट दर क्षमता और कम-टेम्परेचर प्रदर्शन, बेहद उच्च सुरक्षा {} {7} { बनाम ली+/ली) कम पूर्ण-सेल वोल्टेज और कम ऊर्जा घनत्व की ओर जाता है।
2. महीन आवश्यकताएँ:
मध्यम से महीन महीनता की आवश्यकता होती है . d50 आमतौर पर 1-5 μM, d90 <10-15} μM . की सीमा में LFP की तुलना में, संभवतः कुछ ncm/lco {6} {6} {
3. कारण:
- उच्च दर प्रदर्शन: LTO में स्वयं अच्छी चालकता है, लेकिन ठीक कण आकार अभी भी एक प्रभावी साधन है जो अल्ट्रा-हाई-रेट प्रदर्शन (e . g ., फास्ट चार्जिंग) में सुधार करने के लिए एक प्रभावी साधन है, जो कि ठोस-चरण प्रसार पथ . को छोटा करता है।
- संघनन घनत्व में वृद्धि: हालांकि एलटीओ "शून्य-तनाव" है, बढ़ती संघनन घनत्व अभी भी वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व में सुधार करने में मदद करता है (इसके कम निरपेक्ष मान के बावजूद) .
- इलेक्ट्रोड प्रतिबाधा को कम करना: ठीक कण एक तंग प्रवाहकीय नेटवर्क के गठन की सुविधा प्रदान करते हैं .
- संतुलन प्रक्रिया और प्रदर्शन: अत्यधिक ठीक LTO नैनोकणों में एक विशाल विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है, जो घोल की चिपचिपाहट को काफी बढ़ाता है, ठोस सामग्री को कम करता है, बाइंडर/प्रवाहकीय एजेंट उपयोग को बढ़ाता है, और इलेक्ट्रोलाइट के साथ साइड प्रतिक्रियाओं को बढ़ाता है (हालांकि LTO स्थिर है, नैनो-आकार में वृद्धि होती है) प्रक्रिया/लागत .
Vi . ठोस-राज्य बैटरी (SSB)
1. महत्वपूर्ण नोट:
"सॉलिड-स्टेट बैटरी" विभिन्न तकनीकी मार्गों (बहुलक, ऑक्साइड, सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट्स) को कवर करती है, और सकारात्मक/नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री का विकल्प भी विविध है (उपरोक्त सामग्री या नई सामग्री जैसे कि लिथियम-रिच मैंगनीज-आधारित, लिथियम मेटल एनोड) {{3} {{} के लिए बहुत ही जटिल और बहुत जटिल हैं।
2. कोर चैलेंज:
सॉलिड-सॉलिड इंटरफैसिअल कॉन्टैक्ट . तरल बैटरी में, इलेक्ट्रोलाइट गीला कर सकता है और छिद्रों को भर सकता है, जबकि ठोस इलेक्ट्रोलाइट कठोर कण हैं, और सक्रिय सामग्री के साथ इशारा करते हैं, यह विशाल इंटरफेसियल प्रतिबाधा . की ओर जाता है।
3. महीन आवश्यकता रुझान:
आम तौर पर उच्च सुंदरता की आवश्यकता होती है: सक्रिय सामग्री और ठोस इलेक्ट्रोलाइट कण दोनों को आमतौर पर महीन कण आकार की आवश्यकता होती है (D50 अक्सर उप-माइक्रोन में माइक्रोन रेंज में) .
कारण:
- ठोस-ठोस संपर्क क्षेत्र में वृद्धि: ठीक कण एक बड़ा संपर्क इंटरफ़ेस प्रदान करते हैं, इंटरफेसियल प्रतिबाधा को कम करना .
- आयन ट्रांसपोर्ट पथ को छोटा करना: ठीक कण सक्रिय सामग्री और ठोस इलेक्ट्रोलाइट के भीतर li of परिवहन दूरी को छोटा कर सकते हैं, और उनके बीच के इंटरफ़ेस में .
- अधिक समान समग्र प्राप्त करना: समग्र इलेक्ट्रोड (सक्रिय सामग्री + ठोस इलेक्ट्रोलाइट + प्रवाहकीय एजेंट + बाइंडर) तैयार करते समय, प्रत्येक घटक का कण आकार और आकारिकी मिलान महत्वपूर्ण है . आमतौर पर, सभी घटकों को समान रूप से मिश्रण करने के लिए तुलनीय शल्य
4. विशिष्ट प्रणाली अंतर:
- सल्फाइड सॉलिड-स्टेट बैटरी: उच्चतम महीन आवश्यकताएं . सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट्स (e . g ., LPS) को आमतौर पर उप-माइक्रोन या यहां तक कि नैनो-आकार के कणों (D50 <1 μM) में बनाने की आवश्यकता होती है, जो अक्सर हाइनिंग-एनीलिंग का उपयोग करने की आवश्यकता होती है। आयन-पेरकोलिंग नेटवर्क . अधिकतम कण आकार नियंत्रण बहुत सख्त है .
- ऑक्साइड सॉलिड-स्टेट बैटरी: इलेक्ट्रोलाइट्स (e . g ., llzo) आमतौर पर कठोर होते हैं और संपर्क में सुधार करने के लिए बड़े कण आकार (micron स्तर) . होते हैं, सक्रिय सामग्री (विशेष रूप से कैथोड) भी छोटे कणों ({{4} {{} {} {} {{} {{} {} {{{} {{{} {{{} {{{{{} {{{} {{} { μM), और बहुलक बाइंडर या तरल गीला एजेंट (अर्ध-सॉलिड) की एक छोटी मात्रा की शुरूआत की आवश्यकता हो सकती है . एकरूपता के मिश्रण के लिए उच्च आवश्यकताएं .}
- पॉलिमर सॉलिड-स्टेट बैटरी: प्रक्रिया पारंपरिक तरल बैटरी के अपेक्षाकृत करीब है . पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्स में एक निश्चित तरलता होती है, जो कि . को गर्म करने के बाद एक निश्चित तरलता होती है। परिवहन . बहुलक इलेक्ट्रोलाइट की प्यारी (e . g ., Peo कणों) को भी नियंत्रित करने की आवश्यकता है .}
- एनोड (e . g ., लिथियम मेटल, सिलिकॉन-आधारित): यदि लिथियम मेटल फ़ॉइल का उपयोग किया जाता है, सिलिकॉन कणों और ठोस इलेक्ट्रोलाइट कणों के लिए एकरूपता आवश्यकताओं को मिलाकर उच्च उच्च . हैं
Vii . सारांश और प्रमुख बिंदु:
1. सबसे कठोर आवश्यकताएं:
लिथियम आयरन फॉस्फेट को इसकी आंतरिक कम चालकता . उच्च-निकेल टर्नरी (NCM811/NCA) और Sulfide ठोस-राज्य बैटरी में सक्रिय सामग्री/इलेक्ट्रोलाइट्स के कारण उच्चतम महीनता (नैनोस्केल) की आवश्यकता होती है।
2. उच्च सुंदर आवश्यकताएं:
लिथियम कोबाल्ट ऑक्साइड, मध्यम/कम-निकेल टर्नरी, और ऑक्साइड/बहुलक ठोस-राज्य बैटरी में सक्रिय सामग्री आमतौर पर ऊर्जा घनत्व, दर प्रदर्शन और स्थिरता . में सुधार के लिए उच्च सुंदरता (D50 कई माइक्रोन) की आवश्यकता होती है।
3. मध्यम महीन आवश्यकताएं:
लिथियम टाइटानेट को मध्यम से महीन सुंदरता की आवश्यकता होती है (d 50 1-5 μM), संतुलन दर प्रदर्शन और प्रक्रिया योग्यता .
4. कोर ड्राइविंग कारक:
- सामग्री आंतरिक दोषों पर काबू पाना: एलएफपी की कम चालकता पराबैंगनी कणों की आवश्यकता के लिए सबसे विशिष्ट उदाहरण है .
- काइनेटिक प्रदर्शन (दर क्षमता) में सुधार: लगभग सभी सामग्रियों को आयन प्रसार पथों को कम करने के लिए कण आकार को कम करने की आवश्यकता है .
- बढ़ती ऊर्जा घनत्व (संघनन घनत्व): ठीक कण तंग पैकिंग की सुविधा प्रदान करते हैं (विशेष रूप से LCO, NCM के लिए) .
- संरचनात्मक स्थिरता और चक्र जीवन में सुधार: विशेष रूप से स्तरित सामग्री (LCO, NCM, NCA) के लिए महत्वपूर्ण
- सॉलिड-सॉलिड इंटरफेस (सॉलिड-स्टेट बैटरी) का अनुकूलन: यह लिक्विड-स्टेट बैटरी से अलग-अलग सॉलिड-स्टेट बैटरी को अलग करने वाली मुख्य आवश्यकता है, सार्वभौमिक रूप से महीन कणों की मांग और अधिक समान मिश्रण .
5. व्यापार-बंद विचार:
- सुंदरता हमेशा बेहतर नहीं होती है . अत्यधिक ठीक कण कारण हो सकते हैं:
- Dramatically increased specific surface area -> High slurry viscosity, difficult dispersion, low solid content, increased binder/conductive agent usage ->बढ़ी हुई लागत, अधिक से अधिक प्रक्रिया कठिनाई, ऊर्जा घनत्व में संभावित कमी .
- High surface activity ->बढ़े हुए पक्ष प्रतिक्रियाएं (इलेक्ट्रोलाइट/लिथियम स्रोत, गैस उत्पादन) का उपभोग करते हुए, चक्र प्रदर्शन इसके बजाय कम हो सकता है (विशेष रूप से उच्च-निकेल जैसी अत्यधिक प्रतिक्रियाशील सामग्री के लिए) .
- Severe particle agglomeration ->एकरूपता और प्रदर्शन को प्रभावित करता है
- इसलिए, प्रत्येक बैटरी सामग्री के लिए इष्टतम घोल की सुंदरता अपनी सामग्री विशेषताओं, प्रदर्शन लक्ष्यों (ऊर्जा, शक्ति, जीवनकाल, सुरक्षा), और प्रक्रिया व्यवहार्यता/लागत . के बीच सावधानीपूर्वक व्यापार-बंद और अनुकूलन का परिणाम है,
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