リチウム電池の商業チェーンはかなり完全に成長しており、電気化学的電力貯蔵スペースの分野でもかなりの割合で存在しています。リチウムイオン電池の開発指示は一般に、既存の技術革新と産業チェーンに基づいて、より安全で信頼性が高く、さらに低コストの電池を追求することです。技術開発。
資源利用の観点から、開発指示は主にリチウム資源の採掘と回収技術の革新に焦点を当てています。リチウムイオンの濃縮を強化するには、プロセスをさらに簡素化し、より高性能の吸着の方向に材料を分割する成長が必要です。イオン交換吸着および膜層分離技術には利点があります。
吸着法: リチウム濃度が低い塩湖に適しています。リチウムイオンの分離を達成するには、主に、リチウムイオンに対する一定の吸着能力を備えた吸着剤に依存します。アルミニウムベースの吸着剤は現在比較的成熟していますが、大量の水を消費します。将来の技術変革の方向性は主に水の消費量を削減することです
膜層分割法: 現在、産業用途で最も活発な手法の 1 つです。応力がかかると、膜層の注意深い分割機能が利用されて、供給流体のさまざまな要素が分離されます。中心となるのは膜材料の選択です。塩湖からのリチウム抽出のための膜層材料はほとんどが有機膜であり、中国の有機膜は輸入代替品を徐々に認識している段階にある。
有利な電極材料に関しては、エネルギー密度をゆっくりと高めることが有利なリン酸鉄リチウム電極の成長傾向であり、リチウムの添加やその他の技術によって促進することができます。
リチウムの補給は、プレリチウム化とも呼ばれ、高リチウムウェブ含有量の材料をバッテリー製品システムに導入するだけでなく、その物質がリチウムイオンを適切に放出し、活性リチウムの損失を補い、実際の出力厚さおよびバッテリーのサイクル寿命を向上させます。
正極のリチウム補充手順はかなり完全に進んでいます。リチウムサプリメント技術の実施後、リン酸鉄リチウム電池の出力厚さは約20%増加すると予想されています60。現在、企業は大規模な生産を実行しており、生産能力は今後3〜5年で解放されると予想されます。
負極材料に関しては、今後の進歩パターンは主に高い比性能を備えた炭素-シリコン複合材料に焦点が当てられています。純粋なシリコン材料は、請求時およびリリース時に量が増加する傾向がありますが、カーボン材料には、量の変化が小さいという利点があります。その結果、工業化に向けた現在の成長方向は、炭素材料をシリコンに直接導入してシリコン炭素逆電極を形成することである。
この手順により、負極の詳細性能を向上させることができ、同時に充電中および放電中のシリコンの体積変化を減らすことができます。現在、ビジネス用シリコンカーボンアノードにドープされたシリコンの量は、ほとんどが 10% 未満であり、特定の能力は 400 ～ 700mAh/g の間です。カーボンシリコンアノードを支える商業チェーンは徐々に成熟しており 61、今後 2 ～ 3 年で製造能力が解放されると予想されています。
ダイヤフラムに関しては、開発の流行は主に準備手順とイノベーションの成長に焦点を当てています。リン酸鉄リチウムは、乾式プロセスのダイヤフラムから湿式プロセスのダイヤフラムに定着する傾向があります。安全・安心を高めるため、湿式ダイヤフラムのセラミック仕上げをさらなる技術指導としています。
電解質に関しては、バッテリーの安全性と安定性を向上させることが将来の方向性です。
流体電解質の観点からは、LiFSI は優れた応用の見通しを持っています。 LiFSI は 2 つの方法で電解質リチウム塩として利用できます。これは、LiPF6-LiFSI 混合リチウム塩を開発するための基本的なリチウム塩添加剤として利用でき、また純粋な LiFSI リチウム塩を LiPF6 に置き換えることもできます。
現在、LiFSI はローカライゼーションを達成しており、小規模なバッチ生産の段階にあります。将来的には、主に自動化によって価格が引き下げられるでしょう。
全固体電池とは、固体電解質を利用したリチウムイオン電池を指します。動作原理の点では、全固体リチウム電池は一般的なリチウム電池と変わりません。電力貯蔵システムにとって、全固体リチウム電池の最も大きな利点の 1 つは安全性です。固体電解質には、難燃性とパッケージングの容易さという利点があり、さらに電池の出力厚さを高めることができます。さらに、固体電解質は高い機械的耐久性を備えているため、サイクリング中ずっと流体リチウム金属電池へのリチウム樹枝状結晶の浸透を防ぐことができ、高エネルギー密度のリチウム金属電池の作成が可能になります。したがって、全固体リチウム電池はリチウムイオン電池の開発の方向性として適しています。
しかしながら、全固体電池の技術革新を達成するには、材料科学において依然として 2 つの大きな困難があることに注意する必要があります。 1 つはリチウム金属の逆極の問題で、もう 1 つは固体電解質と正負のユーザー インターフェイスの故障です。
強電解液自体が電解液やセパレータよりも大きいため、正極のシステムは変わっていません。そのため、質量エネルギー密度の超えを達成するには、黒鉛の約10倍のリチウム密度を蓄えることができるリチウム金属電極を利用するだけで十分ではない62。
負極にリチウム鋼を用いた全固体リチウム電池の場合、電池内でのリチウムデンドライトの成長を考慮する必要があります。固体電解質における樹枝状結晶の成長は、流体電解質よりも複雑かつ多様であり、住宅用または商業用のさまざまな物理的および化学的特性が混ざり合っています。設定では、正確なデバイスはまだ予測できません。
2 つ目は、固体電解質と有利な電極および不利な電極の間の界面の損傷です。天然電解質ではない電解質と強電解質中のリチウム金属との間の接触が不十分な場合、高い界面抵抗が発生し、不均一な電流循環が発生する一方、界面温度レベルでの界面で安定した物理的および化学的滞留特性を維持するポリマー電解質の能力は不十分です。
この 2 つは、電解質界面の安定性に影響を与えるため、全固体リチウム電池の長いサイクル寿命に影響を与えます。全固体電池の研究開発には40年の歴史があります。まだ再発していない技術的問題に加えて、産業チェーンと既存のリチウムイオン電池との互換性は非常に低いです。したがって、全固体リチウム鋼電池はリチウム電池の理想的な形ではありますが、大量生産を達成するには、技術的なボトルネックを突破し、商業チェーンの構築をサポートするためにより多くの時間を費やすことが不可欠です。
