Le cœur de la batterie lithium-ion : Matériaux de la cathode

Ces dernières années, les batteries d'alimentation se sont rapidement développées et sont devenues l'élément central des véhicules à énergie nouvelle. La batterie lithium-ion est la plus couramment utilisée dans les véhicules à énergie nouvelle. Elle se compose principalement d'un matériau d'anode, d'un matériau de cathode, d'un diaphragme et d'un électrolyte. Les matériaux de cathode représentent plus de 40 % du coût total des batteries au lithium, et leurs performances affectent directement les indicateurs de performance des batteries au lithium, de sorte qu'ils jouent un rôle central dans les batteries au lithium. Les performances et le prix des matériaux d'anode sont les goulets d'étranglement qui limitent le développement des batteries lithium-ion à haute énergie, longue durée de vie et faible coût. Par conséquent, l'une des technologies clés pour développer des batteries lithium-ion à haute énergie est la mise au point de matériaux d'anode.

Oxyde de lithium et de cobalt

L'oxyde de lithium et de cobalt est un composé inorganique et l'un des matériaux cathodiques les plus utilisés sur le marché pour les batteries lithium-ion. Il possède une structure bidimensionnelle en couches, qui convient à la déclinaison des ions lithium, et sa capacité théorique est de 274mAh/g. Cependant, seule la moitié du Li+ dans le réseau peut être éliminée au maximum dans les applications pratiques en raison de la limitation de la stabilité structurelle, de sorte que la capacité spécifique réelle est d'environ 140mAh/g. L'oxyde de lithium et de cobalt est facile à préparer et présente de nombreux avantages, tels qu'une performance électrochimique élevée, une bonne performance de circulation et une bonne performance de charge et de décharge, de sorte qu'il a été le premier matériau d'anode à être mis à l'échelle pour les batteries lithium-ion.

Oxyde de lithium-nickel

La structure de l'oxyde de lithium-nickel est celle d'un sel gemme cubique. Elle est identique à celle de l'oxyde de lithium-cobalt, mais son prix est inférieur à celui de l'oxyde de lithium-cobalt. L'oxyde de lithium-nickel présente de nombreux avantages tels que la stabilité à haute température, un faible taux d'autodécharge, aucune limitation de surcharge et de décharge, aucune pollution, etc. Cependant, il est très difficile à préparer en raison des exigences élevées en matière de contrôle des conditions du processus et de la facilité à produire des composés non mesurables, de sorte qu'il n'est pas beaucoup utilisé comme matériau de cathode pour les batteries au lithium-ion.

Oxyde de fer lithié

L'oxyde de fer lithié, qui existe sous forme de minerai de lithium phosphoferrite dans la nature, a une structure olivine et appartient au système cristallin orthogonal. La capacité spécifique théorique de l'oxyde de fer lithié est de 170mAh/g, et la tension théorique est de 3,5 V. Il présente peu de changements structurels avant et après la charge et la décharge, il présente également les avantages d'une bonne performance de circulation et d'une stabilité à haute température. En outre, il peut être proche de sa capacité théorique à température ambiante. Les inconvénients de l'oxyde de fer lithié sont qu'il est hautement polarisable à un taux de puissance élevé, que sa capacité réversible chute rapidement et qu'il ne peut pas être chargé et déchargé à un courant élevé.

L'oxyde composé de lithium-manganèse-nickel-cobalt

Grâce à l'ajout de Ni, Co et Mn, les oxydes composites de lithium-manganèse-nickel-cobalt ont un effet synergique ternaire évident, et les avantages de LiCoO2, LiNiO2 et LiMnO2 sont également intégrés. La capacité du matériau est effectivement augmentée par l'ajout de Ni ; la structure en couches est remarquablement stable par l'ajout de Co ; l'ajout de Mn réduit le coût des matériaux et améliore également leur sécurité.