ส่วนประกอบวัสดุหลักของขั้วบวกและขั้วลบแบตลิเธียม

วัสดุหลักของขั้วบวกและลบของแบตเตอรี่ลิเธียมมีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน วัสดุขั้วบวกจะกำหนดความหนาแน่นของพลังงาน ความปลอดภัย ประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุ และราคาของแบตเตอรี่ ในขณะที่ขั้วลบจะเกี่ยวข้องโดยตรงกับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ดังนั้นในการออกแบบและกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม การเลือกและการเพิ่มประสิทธิภาพของวัสดุขั้วบวกและลบจึงเป็นสิ่งสำคัญ

ด้วยการเลือกใช้ขั้วบวกที่มีความหนาแน่นพลังงานสูง มีเสถียรภาพทางเคมีสูง มีเสถียรภาพทางความร้อนสูง การนำไฟฟ้าที่ดีและต้นทุนปานกลาง ตลอดจนขั้วบวกที่มีความเสถียรและความจุของวงจรที่ดี ประสิทธิภาพและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถปรับปรุงได้อย่างมาก ในขณะที่ลดต้นทุน

วัสดุขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียม

ขั้วบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เช่น ความหนาแน่นของพลังงาน แรงดันไฟฟ้าในการทำงาน และอายุการใช้งานของวงจร ต่อไปนี้เป็นขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปหลายประการ:

• ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO₂)

ลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์เป็นหนึ่งในขั้วบวกแบตเตอรี่ลิเธียมที่เก่าแก่ที่สุดที่มีจำหน่ายในท้องตลาด มีพลังงานจำเพาะสูง แรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูง และประสิทธิภาพของวงจรที่ดี อย่างไรก็ตาม ปริมาณโคบอลต์ในเปลือกโลกยังต่ำและมีต้นทุนสูง ขณะเดียวกัน จำเป็นต้องปรับปรุงเสถียรภาพทางความร้อนและความปลอดภัยของโคบอลต์ ดังนั้น การใช้งานในด้านต่างๆ เช่น รถยนต์ไฟฟ้าจึงมีจำกัด

• ลิเธียมแมงกาเนต (LiMn₂O₄)

ลิเธียมแมงกาเนตมีข้อดีคือมีทรัพยากรมากมาย ต้นทุนต่ำ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านแบตเตอรี่ขนาดเล็กและแบตเตอรี่พลังงาน อย่างไรก็ตาม วัสดุลิเธียมแมงกาเนตมีพลังงานจำเพาะต่ำ มีความเสถียรของวงจรค่อนข้างต่ำ และมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง

• ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LiFePO₄)

ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตกลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับแบตเตอรี่พลังงานสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากมีความปลอดภัยเป็นเลิศ อายุการใช้งานยาวนาน และต้นทุนต่ำ มีความเสถียรทางความร้อนสูงและสมรรถนะของวงจรที่ดี แต่พลังงานจำเพาะค่อนข้างต่ำ ซึ่งทำให้จำกัดการใช้งานในบางสาขาที่มีความต้องการความหนาแน่นของพลังงานสูง

• วัสดุ Ternary (NCA, NMC ฯลฯ)

วัสดุ Ternary หมายถึงวัสดุขั้วบวกคอมโพสิตออกไซด์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ เช่น นิกเกิล (Ni) โคบอลต์ (Co) อะลูมิเนียม (Al) หรือแมงกานีส (Mn) มีพลังงานจำเพาะสูง สมรรถนะของวงจรที่ดี และแรงดันไฟฟ้าในการทำงานสูง ด้วยการปรับสัดส่วนของนิกเกิล โคบอลต์ อลูมิเนียม หรือแมงกานีสในวัสดุ ทำให้คุณสมบัติของมันสามารถปรับให้เหมาะสมยิ่งขึ้น ในปัจจุบัน วัสดุ Ternary ได้กลายเป็นตัวเลือกที่สำคัญในด้านแบตเตอรี่พลังงาน และแบตเตอรี่ลิเธียมแบบไตรภาคถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้า รถจักรยานยนต์ไฟฟ้า ฯลฯ

วัสดุขั้วลบแบตเตอรี่ลิเธียม

วัสดุขั้วลบเป็นส่วนประกอบสำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียม และประสิทธิภาพส่งผลโดยตรงต่อความหนาแน่นของพลังงาน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ และความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ต่อไปนี้เป็นวัสดุขั้วลบแบตเตอรี่ลิเธียมทั่วไปหลายประการ:

• วัสดุคาร์บอน

วัสดุคาร์บอนเป็นหนึ่งในวัสดุขั้วลบที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม รวมถึงกราไฟท์ธรรมชาติ กราไฟท์เทียม และคาร์บอนอ่อน พวกมันมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี ความเสถียรของวงจร และต้นทุนต่ำ วัสดุคาร์บอนมีความสามารถเฉพาะในระดับปานกลางซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของการใช้งานส่วนใหญ่ได้

• วัสดุที่ทำจากดีบุก

วัสดุที่ทำจากดีบุกมีความจุจำเพาะสูงและคุณสมบัติการอินเทอร์คาเลชันลิเธียมที่ดี ดังนั้นจึงถือเป็นวัสดุขั้วลบรุ่นต่อไปที่มีศักยภาพ อย่างไรก็ตาม วัสดุที่ทำจากดีบุกจะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณมากในระหว่างการประจุและการคายประจุ ซึ่งสามารถนำไปสู่ความเสียหายต่อโครงสร้างอิเล็กโทรดและทำให้ประสิทธิภาพของวงจรลดลงได้อย่างง่ายดาย เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของมัน นักวิจัยได้พยายามดัดแปลงมันผ่านนาโนไนเซชัน การผสมโลหะผสม และวิธีการอื่นๆ

• วัสดุที่ใช้ซิลิกอน

วัสดุที่ทำจากซิลิกอนมีความสามารถเฉพาะเจาะจงสูงมาก และเป็นหนึ่งในวัสดุขั้วลบในอุดมคติ อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณมากในระหว่างกระบวนการประจุและคายประจุ ซึ่งนำไปสู่ปัญหาต่างๆ เช่น การผงอิเล็กโทรดและการลดทอนความสามารถอย่างรวดเร็ว เพื่อที่จะเอาชนะข้อบกพร่องเหล่านี้ นักวิจัยกำลังสำรวจวิธีการต่างๆ เช่น นาโนเทคโนโลยี คอมโพสิต ฯลฯ เพื่อปรับปรุงความเสถียรของวงจรและการใช้งานจริงของวัสดุที่ทำจากซิลิคอน

• วัสดุโลหะผสมอื่นๆ

นอกเหนือจากวัสดุที่ทำจากดีบุกและซิลิกอนแล้ว ยังมีการวิจัยและพัฒนาวัสดุโลหะผสมอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียม เจอร์เมเนียม ฯลฯ วัสดุเหล่านี้มีความจุจำเพาะสูงและประสิทธิภาพการแทรกลิเธียมที่ดี แต่ยังประสบปัญหาต่างๆ เช่น การเปลี่ยนแปลงของปริมาณมากและความเสถียรของวงจรที่ไม่ดี

ต่อไปนี้เป็นตารางวัสดุขั้วลบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม: