Үндсэн санаа нь энгийн - батерейны материал дээр нимгэн нүүрстөрөгчийн давхаргыг нааж, тэдгээрийг илүү дамжуулдаг. Нүүрстөрөгчийн бүрээсгүй LFP нь 10^-9 S/cm орчим дамжуулах чадвартай бөгөөд энэ нь үндсэндээ тусгаарлагч юм. 2-3 жингийн %-ийн нүүрстөрөгчийн бүрээсийг нэмбэл 10^-3 S/cm авах ба энэ нь ажиллагаатай батерей хийхэд хангалттай.
Бид CVD систем болон нойтон химийн бүрэх шугамыг үйлдвэр дээрээ ажиллуулдаг. CVD нь илүү сайн жигд байдлыг өгдөг боловч илүү үнэтэй байдаг. Нойтон бүрэх нь ихэнх хэрэглээнд сайн ажилладаг бөгөөд тоног төхөөрөмж нь илүү хялбар байдаг.
Дээд зэрэглэлийн{0}}сонголтын талаар илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахын тулд манай CVD бүрэх боломжуудыг шалгана уу.
Яагаад материалыг нүүрстөрөгчөөр бүрэх вэ?
Ихэнх фосфатад суурилсан катодууд{0}}болдог. Цахим дамжуулалт нь бүрэхгүйгээр аймшигтай юм. Төмрийн фосфат, манганы фосфат - ижил түүх. Хэрэв та өндөр C-хувьтай бол зарим оксидын катодууд бүрэх нь ашигтай байдаг.
Бүрхүүл нь катод ба электролитийн хоорондох хамгаалалтын давхаргын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь сөрөг урвалууд хурдасдаг өндөр температурт илүү чухал юм. Зөвхөн бүрэхээс л мөчлөгийн амьдрал 40-50% сайжирч байгааг бид харсан, ялангуяа эсүүд 45 хэмээс дээш ажиллах үед.
Цахиурын анод бол өөр амьтан юм. Унадаг дугуйн үед эзлэхүүний тэлэлт (300-400%) нь ихэнх бүрхүүлийг хагарах болно. Танд уян хатан нүүрстөрөгчийн бүтэц хэрэгтэй эсвэл бүрэх нь хэд хэдэн мөчлөгийн дараа бүтэлгүйтдэг. Бид энэ асуудал дээр гурван жилийн турш ажилласан бөгөөд 200 гаруй мөчлөгийг багтаасан томъёололтой болсон.
CVD бүрэх үйл явц
Манай CVD тохиргоо нь 650-750 градусын ацетилен эсвэл метан хий ашигладаг. Урсгалын хурд нь багцын хэмжээнээс хамаарна - 100 кг багцын хувьд ихэвчлэн 50-200 сксм. Энэ хий нь бөөмийн гадаргуу дээр задарч, нүүрстөрөгчийн давхаргыг үүсгэдэг.
Зузааныг цаг хугацаа, температурын{0}} минутаар 700 градусын температурт тохируулснаар субстратаас хамааран ойролцоогоор 5-8 нм зайд авдаг. Хэрэв танд илүү зузаан бүрэх шаардлагатай бол илүү удаан ажиллах болно, гэхдээ ялангуяа гадаргуу өндөртэй материалаар нүх сүв бөглөрөхөөс болгоомжил.
ЗСӨ-ний нүүрстөрөгчийн графитын агууламж нь нойтон химийн аргуудаас өндөр байдаг нь илүү сайн дамжуулалттай гэсэн үг юм. Ацетилен нь метанаас илүү графит нүүрстөрөгчийг өгдөг боловч энэ нь бас илүү үнэтэй бөгөөд аюулгүй ажиллахад хэцүү байдаг.
Манай CVD шугам дээрх багцын хэмжээ 10 кг-аас 200 кг хооронд хэлбэлздэг. Илүү том багц хийх боломжтой боловч температурын жигд байдал нь асуудал болдог. Үүнийг бид - 500 кг багцыг нэг удаа гүйлгэж, дундаас нь ирмэгээс нь материал дээр бүрэх нь мэдэгдэхүйц ялгаатай байхад сурсан.
Нойтон химийн арга
Нунтаг глюкозын уусмалтай хольж, хатааж, дараа нь азотын орчинд пиролиз хийнэ. Элсэн чихэр нь нүүрстөрөгчжүүлж, тоосонцорыг бүрхдэг. Энгийн ойлголт боловч дүрэмт хувцастай байх нь бага зэрэг туршилт, алдаа шаарддаг.
Глюкозын уусмалын рН нь чухал юм. LFP гэх мэт үндсэн материалын хувьд бид рН-ийг 4-5 орчим байлгаснаар глюкоз илүү сайн наалддаг. Хатаах үе шат нь маш чухал бөгөөд хэрэв та хэт хурдан хатаавал бөөгнөрөх болно. Бид одоо шүршигч хатаах аргыг ашиглаж байгаа нь хуучин эргэдэг хатаагчаас хамаагүй дээр ажилладаг.
Глюкозын хувьд пиролизийн температур ихэвчлэн 500-650 градус байдаг. Илүү өндөр температур нь илүү их графит нүүрстөрөгч өгдөг боловч та нүүрстөрөгчийн гарцыг шатааж эхэлдэг. Нимбэгийн хүчил нь глюкозтой төстэй үр дүнг өгдөг өөр нэг сонголт юм. Зарим хэрэглэгчид сахарозыг илүүд үздэг ч үнэнийг хэлэхэд бид гүйцэтгэлийн ялгааг олж хараагүй.
Нойтон бүрхүүлээс үүссэн нүүрстөрөгч нь ихэвчлэн аморф бөгөөд зарим богино{0}}хүрээтэй графит домайнуудтай. Дамжуулах чадвар нь CVD шиг сайн биш боловч ихэнх батерейнд хангалттай сайн. Зардал нь бүрсэн материалын кг тутамд CVD-ээс 40% бага байна.
Бидний ажиллаж байсан програмууд
LFP катодууд нь бидний бүрэх эзлэхүүний 70% байх магадлалтай. Стандарт үзүүлэлт нь 2.5% нүүрстөрөгч, 8-10 нм зузаантай. Зарим хэрэглэгчид илүү өндөр түвшний программуудад 3% авахыг хүсдэг.
Бид мөн LTO анодыг бүрхэж өгдөг, гэхдээ цөөн байдаг. LTO дамжуулалт нь LFP шиг муу биш тул ихэвчлэн 1-1.5% нүүрстөрөгч хангалттай байдаг. Бүрхүүл нь хурдан цэнэглэх програмуудад чухал ач холбогдолтой өндөр хурдтай цэнэглэх чадвартай.
NCM811 болон бусад никель{1}}байсан катодууд нь дамжуулалтаас илүү гадаргуугийн тогтвортой байдлыг хангах үүднээс бүрсэн байдаг. Бүрхүүлийн зузаан нь илүү нимгэн, магадгүй 3{5}}5 нм, энэ нь катод ба электролит хоорондын шууд холбоог багасгахад хангалттай. Энэ нь өндөр хүчдэлийн никельээр баялаг материалын эвдрэлийн горим болох шилжилтийн металлын уусалтыг бууруулдаг.
Цахиурын нийлмэл анодууд нь бэрхшээлтэй байдаг. Эзлэхүүн тэлэлтийн асуудлаас болж стандарт бүрэх ажиллахгүй. Бид полимерээс гаралтай нүүрстөрөгчийг ашиглан бага зэргийн уян хатан чанартай нүүрстөрөгчийн бүрэх найрлагыг боловсруулсан. Энэ нь илүү үнэтэй боловч энэ нь зохистой мөчлөгийн амьдралыг олж авах цорын ганц арга зам юм. Гэсэн хэдий ч та хүчин чадал мэдэгдэхүйц буурахаас өмнө 500-800 циклийг харж байна.
Нэг автомашины компани биднээс өөрсдийн туршилтын манган{0}}баялаг катод материалаа бүрэхийг хүссэн. Энэ төсөл нь үр дүнд хүрээгүй - материал нь бүрэх явцад химийн хувьд тогтворгүй байсан тул бид үе шатны өөрчлөлтийг байнга харж байсан. Заримдаа бүрэх нь шийдэл биш юм.
Үйлдвэрлэлийн багцын бодит тоо
Өнгөрсөн сард бид Өмнөд Солонгос дахь үйлчлүүлэгчдэд зориулж 3 тонн LFP бүрсэн. Зорилтот жингийн 2.8% нүүрстөрөгч байв. Багцын үр дүн 2.65%-аас 2.95%-ийн хооронд хэлбэлзэж байгаа нь бидний ±0.3%-ийн хүлцэлд багтаж байна. Шахсан үрлэн дээрх дамжуулах чанар дунджаар 8.2 x 10^-3 S/см байна.
Харьцуулахын тулд бүрээгүй ижил материал нь 2.1 x 10^-9 S/см хэмжээтэй байна. Энэ нь цахилгаан дамжуулах чанарыг ойролцоогоор 4 сая дахин сайжруулсан гэсэн үг боловч дарагдсан үрлэн дамжуулалтыг бөөмийн дамжуулалттай харьцуулах нь төгс арга зүй биш юм.
Зоосны эсүүд (C/3 цэнэг, C/3 цэнэгтэй, 2.5-3.8V хүрээ) дээр хийсэн мөчлөгийн туршилт нь 25 градусын температурт 1000 мөчлөгийн дараа хүчин чадал 91% хадгалагдсан болохыг харуулсан. Үйлчлүүлэгчийн зорилт 90% байсан тул амжилттай болсон.
| Материалын төрөл | Нүүрстөрөгчийн агууламж | Бидний ердийн хүрээ | Тэмдэглэл |
|---|---|---|---|
| LFP катод | 2-3 жин% | 2.3-2.9% | Хамгийн түгээмэл хэрэглээ |
| LTO анод | 1-2 жин% | 1.2-1.7% | LFP-ээс бага шүүмжлэлтэй |
| NCM/NCA | 0.5-1.5 жин% | 0.8-1.3% | Голчлон гадаргууг хамгаалах зориулалттай |
| Цахиурын нийлмэл | 5-10 жин% | 6-9% | Уян хатан бүрэх хэрэгтэй |
Үзүүлсэн мужууд нь онолын зорилт биш харин үйлдвэрлэлд бидний хүрч байгаа зүйл юм.
Бидний харсан бүрхүүлийн чанарын асуудлууд
Бүрэн бус бүрхэвч нь хамгийн түгээмэл асуудал, ялангуяа нойтон бүрээстэй байдаг. Бөөмийн гадаргуу дээр нүцгэн толбо гарч ирдэг бөгөөд энэ нь дугуй унах үед орон нутгийн гүйдлийн концентрацийг үүсгэдэг. Энэ нь 200-300 мөчлөгийн дараа хүчин чадал буурч байгааг харуулж байна.
Хэт зузаан бүрхүүл нь литийн тархалтыг саатуулдаг. Температурын хяналтын асуудлаас болж зорилтот 10 нм-ийн оронд 25 нм-ийн бүрхүүлтэй нэг багц байсан. Хүчдэл мэдэгдэхүйц муудсан - эсүүд хүчдэлийн уналтгүйгээр 1С-ийн цэнэгийг тэсвэрлэх чадваргүй байв.
Хадгалах явцад нүүрстөрөгчийн исэлдэлт нь өөр нэг асуудал юм. Бүрсэн нунтагыг хуурай нөхцөлд хадгална. Бидэнд материалаа чийгтэй агуулахад зургаан сарын турш хадгалдаг үйлчлүүлэгч байсан бөгөөд нүүрстөрөгчийн агууламж 2.5% -иас 1.9% хүртэл буурсан. Нүүрстөрөгч нь чийгтэй агаарт аажмаар исэлддэг.
Тоног төхөөрөмж ба хүчин чадал
Манай үндсэн CVD зуух нь 200 кг багцыг даах чадвартай. Хэрэглэгчид шинэ материал дээр бүрэх туршилт хийхийг хүсч байгаа үед бид 5-10 кг багцад зориулагдсан жижиг R&D зуухтай. R&D багцын эргэлт нь ихэвчлэн 1-2 долоо хоног байдаг. Үйлдвэрлэлийн багц материал хүлээн авснаас хойш тээвэрлэлт хүртэл 3-4 долоо хоног үргэлжилнэ.
Нойтон бүрэх шугам нь нэг багцад 500 кг хүртэл дамжуулах чадвартай. Хязгаарлах хүчин зүйл нь пиролизийн зуух биш харин шүршигч хатаагч хүчин чадал юм.
Бид ирэх жил шинэ CVD системээр хүчин чадлаа нэмэгдүүлэх болно, 2 2026. улиралд онлайн байх ёстой. Зорилтот хүчин чадал нь 300 кг багц бөгөөд энэ нь манай томоохон үйлчлүүлэгчдэд туслах болно.
Хөгжлийн ажил
Хэрэв танд бүрэх нь ашиг тустай материал байгаа боловч та итгэлгүй байгаа бол бид хөгжүүлэлтийн туршилтыг явуулж болно. Хамгийн бага хэмжээ нь ихэвчлэн 200 грамм байдаг. Бид 2-3 янзын бүрэх нөхцөлийг туршиж, бүрсэн дээж, мөн зоосны эсүүдээс цахилгаан химийн өгөгдөл өгнө.
Хөгжлийн өртөг нь туршилтын хамрах хүрээнээс хамаарна. Зоосны туршилтаар бүрэх үндсэн үнэлгээ нь 3500 доллар орчим байдаг. Хэрэв танд бүрэн эсийн бүтэц эсвэл урт{2}} дугуй унах гэх мэт илүү өргөн хүрээтэй туршилт хэрэгтэй бол бид үүнийг тусад нь авч үзэж болно.
Бид хөгжүүлэлтийн ажилд тулгардаг нэг асуудал бол лабораторийн үр дүн үргэлж үйлдвэрлэлийн хэмжээнд хувирдаггүй. Бид материалыг 50 граммаар бүрсэн бөгөөд энэ нь гайхалтай харагдаж байсан ч 50 кг хүртэл бүрэх үед бүрэх жигд байдал нь аймшигтай байсан. Бөөмийн хэмжээ болон гадаргуугийн талбай нь бүрэх үйл ажиллагаанд нөлөөлдөг бөгөөд заримдаа жижиг хэмжээтэй нь том ажиллахгүй байдаг.
Зардлын хүчин зүйлүүд
CVD бүрэх нь багцын хэмжээ болон бүрэх үзүүлэлтээс хамааран материалын өртөгт кг тутамд ойролцоогоор 2-4 доллар нэмдэг. Нойтон химийн бүрээс нь кг тутамд 1.50-2.50 доллар байдаг.
Үйлдвэрлэлийн бүрэх хамгийн бага захиалга нь ихэвчлэн 50 кг байдаг. Үүнээс доош суурилуулах зардал нь үр ашиггүй болгодог. 50 кг-аас доош хэмжээний бүтээцийн хувьд бид тохируулгын хураамж авдаг.
Хэрэв та биднээс урьдал материал (бүрээгүй нунтаг) худалдаж аваад бүрхүүлбэл бид ихэвчлэн өөрийн материалаа илгээснээс илүү үнээр авах боломжтой. Логистик нь илүү хялбар бөгөөд бид материал нийлүүлэгчидтэй аль хэдийн тохиролцсон.
Нунтаг нь бүрээгүй материалаас илүү пирофор шинж чанартай тул бүрсэн материалыг тээвэрлэх нь бага зэрэг анхаарал халамж шаарддаг. Бид НҮБ-аас зөвшөөрөгдсөн сав баглаа боодол -хэрэглэдэг бөгөөд зөвхөн газрын тээврээр тээвэрлэдэг. Галын аюулын улмаас нүүрстөрөгч-бүрсэн ихэнх материалд агаарын тээвэрлэлтийг зөвшөөрдөггүй.
Туршилт ба техникийн үзүүлэлтүүд
Стандарт туршилтыг багц бүрээр хангадаг:
Шаталтын шинжилгээгээр нүүрстөрөгчийн агууламж (±0.1 жин%)
Цоргоны нягт
Бөөмийн хэмжээний тархалт (D10, D50, D90)
Чийгийн агууламж
SEM зураг (хүсэлтийн дагуу өгсөн)
Нэмэлт туршилт хийх боломжтой:
Шахсан үрэл дээр дамжуулах чанарыг хэмжих
BET гадаргуугийн талбай
Кристал бүтцийн хувьд XRD
Бүрхүүлгийн зузааныг шалгах-тэм хөндлөн огтлолууд
Бохирдлын шинжилгээнд зориулсан ICP-MS
Зоосны эсийн туршилт (дугуйн гүйцэтгэл, хурдны чадвар, эсэргүүцэл)
Ихэнх худалдан авагчид зөвхөн үндсэн туршилт, цахилгаан дамжуулах чанарыг хэмжихийг хүсдэг. Бүрэн шинж чанар нь эргэлтийн хугацааг долоо хоног нэмдэг бөгөөд нэмэлт зардал шаарддаг.
Бидний хийдэггүй зүйл
Бид электродын хавтанг бүрхдэггүй. Манай тоног төхөөрөмж нь нунтаг бүрэх зориулалттай. Хэрэв танд аль хэдийн үйлдвэрлэсэн электродууд-хэрэгтэй бол энэ нь огт өөр процесс юм.
Мөн бид аюулгүй байдлын ноцтой асуудалтай материалтай харьцдаггүй. Лити металлын нунтаг, агаарт маш мэдрэмтгий материал- агуулаагүй. Стандарт батерейны материал нь сайн боловч таны материал агаарт аяндаа шатдаг бол бид түүнтэй ажиллах боломжгүй.
Хэт-өндөр цэвэршилттэй бүрэх (хагас дамжуулагч зэрэг) нь бидний анхаарлын төвд ордоггүй. Бид батерейны материалд зориулж тохируулсан бөгөөд энэ нь сайн цэвэршилттэй боловч өрөөний түвшинд биш юм. Хэрэв танд -хүрмээс доош бохирдлыг хянах шаардлагатай бол өөр төрлийн байгууламж хэрэгтэй.
Хэрэглэгчийн жишээ
Мичиган дахь батерейны компани бидэнд цахиур{0}}бал чулуу нийлмэл анод материалаа илгээсэн. Тэд 150 мөчлөгийн дараа хүчин чадал буурч байгааг харж байв. Бид үүнийг уян хатан нүүрстөрөгчийн найрлагаар бүрсэн бөгөөд тэд 600 хүртэлх мөчлөгтэй болсон. Материалын өртөг 3.50 доллар / кг-аар нэмэгдсэн боловч гүйцэтгэлийн сайжруулалт нь тэдгээрийг ашиглах үндэслэл болсон.
Өөр нэг төсөл нь Европын автомашины хэрэглэгчдэд зориулсан NCM811-ийг бүрэх явдал байв. Тэд өндөр хүчдэлд (4.3V таслах) хүчин чадал алдагдах вий гэж санаа зовж байв. Стандарт NCM811 нь 500 мөчлөгийн дараа хүчин чадлын 15% алдагдлыг харуулсан. 1 жингийн %-ийн нүүрстөрөгчийн бүрээс болон гадаргуугийн зарим боловсруулалтаар бид үүнийг 8% хүртэл бууруулсан. Бүрхүүл нь - цорын ганц хүчин зүйл биш байсан ч тэд өөрсдийн электролитийг - оновчтой болгосон ч энэ нь тусалсан.
Бид катодын шинэ найрлагыг (литийн-баялаг NCM хувилбар) боловсруулах судалгааны багтай хамтран ажилласан. Материал нь сайн хүчин чадалтай боловч аймшигтай хурдны чадвартай байсан. 2% нүүрстөрөгчөөр бүрсэний дараа 1С-т ялгарах хүчин чадал 140 мАч/г-аас 168 мАч/г болж сайжирсан. Дамжуулах чадвар нь тухайн материалын хязгаарлах хүчин зүйл байв.
Заримдаа бүрэх нь асуудлыг шийдэж чадахгүй. Бидний эсэд багтаамж нь хурдан бүдгэрдэг үйлчлүүлэгч байсан бөгөөд бүрэх нь үүнийг засна гэж бодсон. Шинжилгээ хийсний дараа бид хурдан цэнэглэх үед анод дээр литийн бүрээстэй болсон нь тэдний бүдгэрч байгааг олж мэдсэн. Катодыг бүрэх нь үүнд тус болохгүй. Бид тэдний оронд цэнэглэх протоколоо харахыг зөвлөж байна.
Техникийн нөөц
Хэрэв та шинжлэх ухааны талаар илүү дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл бид нүүрстөрөгчийн бүрэх талаар зарим баримт бичгийг нийтэлсэн. Ихэнх нь төлбөрийн ханын ард байдаг, гэхдээ та бидэнтэй холбогдвол бид PDF файлуудыг илгээх боломжтой.
Хэрэв та литийн төмрийн фосфатын материалтай ажиллаж байгаа бөгөөд батерейны химийн талыг ойлгохыг хүсч байвал энэ нийтлэлийг [лити ион фосфатын зай] үндсэн ойлголтуудыг маш сайн тусгасан. Зайны химийн найрлагыг ойлгох нь бүрэх нь яагаад LFP-д ийм өөрчлөлт оруулдгийг тайлбарлахад тусална.
