Monocristalización de los Materiales de Cátodo Ternarios
Monocristalización de los Materiales de Cátodo Ternarios
Las tendencias actuales en los materiales de cátodo ternario incluyen principalmente tres desarrollos importantes: la cristalización única, el alto voltaje y el alto contenido de níquel.
El desarrollo de materiales de cristal único tiene como objetivo principal mejorar la vida útil de las baterías, mientras que los materiales de alto contenido de níquel y alto voltaje se centran en aumentar la densidad de energía.
◆ En la dirección de los cristales únicos, destacadas empresas de materiales de cátodo incluyen Zhenhua New Materials
◆ Mientras que en la dirección de alto voltaje, hay empresas como Xawinn New Energy y Changyuan Lithium Technology.
◆ Para la dirección de alto contenido de níquel, empresas como CAP New Materials y Danshen Technology son representantes destacados.
Varias tendencias tecnológicas se entrecruzan, como, por ejemplo, los materiales de cristal único de alto contenido de níquel, con empresas como CAP New Materials a la cabeza.
1.Monocristalización: Ventajas
Los materiales del cátodo se pueden clasificar como policristalinos y monocrístalos.
Los materiales policristalinos generalmente existen en forma de agregados a escala de micrómetros. Dentro de estos agregados, existen numerosos límites de grano.
Durante los procesos de carga y descarga en las baterías, debido a los cambios anisotrópicos en la red cristalina, los materiales policristalinos tienden a agrietarse en los límites de grano, lo que resulta en la rotura de partículas secundarias. Esto conduce a un aumento rápido de las reacciones secundarias, un aumento de la impedancia y una disminución rápida del rendimiento.
El uso de partículas monocrísticas puede reducir los límites de grano, disminuir la ocurrencia de reacciones secundarias y mejorar la densidad de empaquetamiento, lo que aumenta la densidad de energía.
En comparación con los materiales policristalinos, los materiales monocrístalos suelen mostrar un rendimiento cíclico mucho mejor.
(1) Cátodos Policristalinos vs. Cátodos Monocristalinos
(2) Comparación del Rendimiento en Ciclos de Cátodos Policristalinos y Cátodos Monocristalinos
2. Monocristalización: Proceso de Producción
El método principal para la producción de materiales de cátodo monocristalinos implica la sinterización a alta temperatura.
Los métodos de preparación se pueden clasificar en tres tipos: método de alta temperatura de un solo paso, método de alta temperatura de múltiples pasos y método de síntesis asistida por sales fundidas. El método de síntesis asistida por sales fundidas requiere la introducción de sales fundidas y un posterior proceso de lavado después de la sinterización.
En comparación con la preparación de materiales policristalinos, la temperatura de sinterización para materiales monocristalinos es generalmente más alta en unos 70-80 grados.
Durante el proceso de sinterización, las partículas primarias crecen y las partículas secundarias también se aglomeran. Por lo tanto, es necesario realizar un proceso de molienda posterior a la sinterización.
Métodos de Preparación para Cátodos Ternarios de Unidad
3. Monocristalización: Desafíos
La transición de cátodos policristalinos a monocristalinos también presenta algunos desafíos.
Procesamiento: Si la sinterización es incompleta y resulta en estructuras cuasimonocristalinas, es posible que no se alcance el rendimiento esperado.
Además, las partículas monocristalinas experimentan un deslizamiento reversible durante los procesos de carga y descarga.
Típicamente, el tamaño de grano no debe superar los 3.5 micrómetros, y se debe evitar la sinterización excesiva.
Coincidencia de Litio y Níquel: La preparación de monocristales requiere temperaturas de sinterización más elevadas, pero las temperaturas altas pueden llevar a la coincidencia de litio y níquel.
(1) Diferentes Métodos de Sinterización para la Preparación de Materiales Policristalinos, Cuasimonocristalinos y Monocristalinos
(2) Rendimiento en el Ciclaje de Material del Cátodo
Rendimiento a Distintas Velocidades: Debido al alto coeficiente de difusión de iones de litio en sistemas policristalinos, el uso de monocristales a menudo sacrifica el rendimiento a distintas velocidades.
Durante la transición de los materiales del cátodo de policristalinos a monocristalinos, es necesario considerar plenamente el rendimiento general del material del cátodo.
En aplicaciones prácticas, a veces se mezclan materiales monocristalinos con materiales policristalinos.
