Ọrụ Metallurgy na Mmepụta Batrị Lithium Ion
Batrị Lithium-ion aghọwo isi ihe dị mkpa na teknụzụ ọgbara ọhụrụ, site na ekwentị mkpanaaka na laptọọpụ ruo na ụgbọala eletriki na nnukwu nchekwa ike. Ọrụ dị mkpa nke igwe eji arụ ọrụ ígwè bụ ịrụ ọrụ ka mma nke batrị - nke dị mfe, nke siri ike karị, na nke na-adịte aka - bụ ọrụ dị mkpa nke igwe eji arụ ọrụ ígwè. Ọrụ ígwè abụghị naanị ịgbaze ígwè, kama ọ gụnyere usoro niile nke mwepụta, nhicha, injinịa nhazi ihe, njikwa ntụpọ, na imegharị ihe. N'ihe gbasara batrị lithium-ion, igwe eji arụ ọrụ ígwè na-arụ ọrụ na nhọrọ na nhazi nke ihe ndị e ji arụ ọrụ, imepụta ihe kathode na anode, imepụta ihe mejupụtara ya, na njikwa batrị ahụ na njedebe ndụ.
1. Ọrụ nke igwe na-arụ ọrụ na usoro ọkọnọ batrị
Usoro ọkọnọ batrị lithium-ion na-amalite site n'ịgwupụta ihe ndị a: lithium (Li), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), iron (Fe), aluminom (Al), ọla kọpa (Cu), na graphite (C). Ọkwa ígwè na-arụ ọrụ dị oke mkpa n'ịgbanwe ọla ka ọ bụrụ ngwaahịa kemịkalụ na ígwè dị ọcha. Dịka ọmụmaatụ, a chọrọ ọla kọpa na aluminom dị ka ndị na-anakọta ihe ugbu a, ebe nickel, cobalt, manganese, na ígwè bụ ihe ndị bụ isi dị na ihe cathode. A ghaghị ịhazi Lithium n'onwe ya ka ọ bụrụ ihe ndị kwesịrị ekwesị (dịka ọmụmaatụ, Li2CO3 ma ọ bụ LiOH) maka mmepụta kathode.
N'ụwa batrị, ihe achọrọ maka ịdị ọcha dị oke elu. Ihe ndị dị ka iron efu, chloride, ma ọ bụ ihe ndị ọzọ nwere ike imebi iguzosi ike n'ezi ihe nke electrochemical, kpalite mmebi, ma ọbụna mee ka ohere nke ọdịda okpomọkụ dịkwuo elu. Ya mere, ọrụ igwe na-arụ ọrụ n'ịchacha, njikwa adịghị ọcha, na ịhazi ụdị ihe ndị ahụ - site na ntụ ntụ dị nro ruo na foil ígwè.
2. Mwepụta na nchacha lithium: site na isi iyi ruo na ihe batrị
Isi ihe ndị bụ isi e ji lithium eme bụ brine (mmiri nnu bara ụba na mineral) na nkume siri ike dịka spodumene. Na brine, a na-etinye lithium site na ikuku na mmeghachi omume kemịkalụ iji mepụta lithium carbonate. Na spodumene, a na-esikarị n'ọkụ iji gbanwee usoro kristal iji mee ka lithium dị mfe iwepụ, wee soro ya na-amịpụta mmiri na mmiri ozuzo.
Usoro ndị a bụ ihe atụ nke ngwa igwe e ji emepụta ihe, gụnyere pyrometallurgy (gụnyere oke okpomọkụ) na hydrometallurgy (gụnyere ngwọta). Nhọrọ nke ụzọ usoro dabere na isi mmalite, ọnụ ahịa ike, nnweta reagent, na mmetụta gburugburu ebe obibi. Batrị ọgbara ọhụrụ—karịsịa ndị nwere katodes bara ụba na nickel—na-achọkarị LiOH dị elu, na-eme ka usoro nchacha ahụ sie ike karị.
3. Ihe ndị e ji mee katode dị: nhazi nke alloy na kristal
Ọ bụ ezie na anode na-abụkarị nke graphite, cathode bụ "obi" ike nke batrị ahụ, na-adabere nke ukwuu na ígwè mgbanwe. Ihe ndị a na-ahụkarị na cathode gụnyere:
– LFP (LiFePO4): dabere na iron na phosphate, nke a maara dị ka ihe kwụsiri ike ma dịkwa nchebe.
– NMC (LiNixMnyCozO2) na NCA (LiNiCoAlO2): nickel bara ụba maka njupụta ike dị elu.
– LMO (LiMn2O4): ihe ịma aka dabere na manganese, ọnụ ahịa dị ala mana ịgba ígwè na nkwụsi ike.
Ọrụ igwe na-arụ ọrụ n'ịchịkwa nhazi ihe mejupụtara ya, nha ihe ndị dị n'ime ya, ọdịdị ya, na usoro kristal. A na-emekarị katode dị iche iche site na ijikọta ihe ndị dị mkpa (dịka ọmụmaatụ, Ni-Mn-Co hydroxides ma ọ bụ carbonates) nke a na-eji isi iyi lithium eme ka calcium dị na okpomọkụ dị elu. Okpomọkụ, ikuku (oxygen/inert), oge ijide ya, na ọnụego oyi na-ekpebi nhazi nke usoro oyi akwa, spinel, ma ọ bụ olivine kwesịrị ekwesị.
Nke a bụ ebe echiche metallurgical dị ka mgbasa siri ike, mgbanwe usoro, na njikwa ọka dị oke mkpa. Dịka ọmụmaatụ, katodes NMC chọrọ nhazi nke ọma iji kwe ka ion lithium na-agagharị ma na-apụ nke ọma. Enweghị ike dịka ngwakọta cation n'etiti Ni na Li nwere ike ibelata ikike ma mee ka mmebi dịkwuo ngwa ngwa.
4. Anode, ihe na-anakọta ihe ugbu a, na nsogbu nchara
Anode kachasị bụ graphite, mana enwere usoro na-eto eto na anodes dabere na silicon (Si) ma ọ bụ alloys graphite-silicon maka ikike dị elu. Ọ bụ ezie na silicon abụghị isi ihe dị na metallurgy ọdịnala, ụkpụrụ nke metallurgy ihe onwunwe ka dị mkpa: njikwa nha ihe, mgbawa, na nkwụsi ike njikọ n'ihi nnukwu mmụba olu n'oge chajị.
Akụkụ ígwè nke a na-ahụ anya nke ọma bụ onye na-anakọta ihe ugbu a:
– Foil ọla kọpa (Cu) maka anode.
– Aluminom foil (Al) maka kathode.
A na-ekpebi ịdị mma nke foil ahụ site na usoro ígwè dịka ịtụgharị, ịchacha, njikwa ọkpụrụkpụ, ịdị nro elu, na ịdị ọcha. Ebe ndị siri ike ma ọ bụ ndị ruru unyi nwere ike imetụta njikọta nke slurry elektrọd. Ọzọkwa, nchara bụkwa nsogbu dị mkpa. Electrodes na-arụ ọrụ na electrolytes organic nwere nnu dịka LiPF6, nke nwere ike ịmepụta ụdị mmeghachi omume (dịka ọmụmaatụ, HF n'okpuru ọnọdụ ụfọdụ), na-eme ka iguzogide nchara na nkwụsi ike nke oyi akwa elu bụrụ isi ihe dị mkpa maka nchekwa.
5. Nhazi ígwè ntụ ntụ na mmepụta elektrọd
Mmepụta electrode gụnyere ịgwakọta ihe na-arụ ọrụ (cathode/anode), onye na-eduzi (carbon black), na ihe na-ejikọ (dịka ọmụmaatụ, PVDF ma ọ bụ ihe na-ejikọ mmiri) ka ọ bụrụ ihe na-adịghị mma, wee kpuchie ya na foil ígwè. Mgbe ọ kpọchara nkụ, a na-ejikọta electrode ahụ site na kalenda iji nweta njupụta kpọmkwem.
Site n'echiche nke igwe eji arụ ọrụ ntụ ntụ, usoro a yiri nke injinia ihe ndị dabere na ihe ndị dị ... a: nkesa nha ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị a, ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị dị na ihe ndị a, na ihe ndị na-eduzi ihe, na-ekpebi arụmọrụ ha. Porosity ga-ezu iji kwe ka electrolyte banye n'ime ihe, mana ọ bụghị oke iji nọgide na-enwe njupụta ike dị elu. Njikwa nke obere nhazi elektrọd - nke a na-enyochakarị site na iji SEM, XRD, na usoro njirimara ndị ọzọ - dị oke mkpa iji hụ na mmepụta na-aga n'ihu.
6. Mmekọrịta na ọdịda nke njikọ: dendrites, mgbawa, na mmebi
Ọ bụ ezie na batrị lithium-ion abụghị "ígwè" dị ọcha, ọtụtụ n'ime ihe ndị na-eme ka ha daa ada metụtara omume nke ihe na njikọ, nke dabara n'ime ọrụ igwe nkịtị. Dịka ọmụmaatụ:
– Mmepụta nke oyi akwa SEI (Solid Electrolyte Interphase) na anode: oyi akwa a dị mkpa iji chebe anode, mana ọ bụrụ na ọ kwụsighị ike, ọ nwere ike ịnọgide na-eto ma na-eri lithium.
– Mkpọwa nke ihe ndị dị na katod, ọkachasị n'ihe ndị nwere nickel, n'ihi nrụgide dị n'ime ya n'oge ịgba ígwè.
– Ịtinye lithium n'ime anode n'oge a na-agba ya ngwa ngwa ma ọ bụ n'oge okpomọkụ dị ala, nke nwere ike ịkpalite mmepe dendrite na ihe egwu nke obere sekit.
Ịmepụta ígwè na-enyere aka site na injinia elu (mkpuchi), itinye ihe ndị pụrụ iche iji mee ka nhazi ahụ kwụsie ike, na ijikwa nrụgide fọdụrụnụ. Usoro "nhazi nke nwere usoro microstructure" bụ ihe a na-ahụkarị: ime ka ihe ndị dị na obere ọkwa dịkwuo mma iji mee ka arụmọrụ ha ka mma na ọkwa macro.
7. Imegharị batrị: igwu ala n'obodo ukwu na akụnụba okirikiri
Imegharị batrị Lithium-ion bụ ọrụ dị oke mkpa n'ịmegharị ihe. Mgbe batrị ruru njedebe nke ndụ ha bara uru, ọdịnaya Ni, Co, Cu, na ọbụna Li na-aghọ ihe bara uru. Usoro imegharị ihe na-abụkarị:
– Pyrometallurgy: A na-agbaze batrị iji mepụta ihe ndị e ji ígwè rụọ (karịsịa Ni-Co-Cu) na slag. Usoro a siri ike ma na-agbanwe agbanwe, mana ọ na-ewe ike nke ukwuu, lithium na-abanyekarị n'ime slag, na-achọ usoro ndị ọzọ.
– Hydrometallurgy: na-eji mmiri na-agbaze ọla, nke a na-ekewa site na mmiri ozuzo, mwepụ ihe mgbaze, ma ọ bụ electrowinning. Nwere ike imepụta ịdị ọcha dị elu, mana ọ chọrọ ngwọta kwesịrị ekwesị na njikwa ihe mkpofu.
– Imegharị ihe ozugbo: a na-agbalị idobe usoro katode ka e wee nwee ike imegharị ya n'enweghị "ịmegharị" ihe niile dị n'ime ion. Nke a na-enye arụmọrụ mana ọ siri ike n'ihi mgbanwe dị na nhazi batrị na mmebi ihe.
Site n'echiche nke igwe, ihe ịma aka ndị bụ isi bụ nkewa nhọrọ, njikwa adịghị ọcha, na ijide n'aka na ngwaahịa ndị e megharịrị emegharị ruru nkọwa siri ike nke ihe batrị ọhụrụ.
8. Ihe ịma aka na ụzọ ga-esi aga n'ihu
N'ọdịnihu, ịrụ ọrụ ígwè na batrị lithium-ion ga-adị mkpa karịa ka ọchịchọ na-arị elu ma ụkpụrụ nkwado na-esikwu ike. Ntuziaka ndị bụ isi gụnyere mbelata cobalt maka ihe gbasara omume na ọnụ ahịa, mmụba ojiji nickel, nke chọrọ njikwa microstructural ka mma, mmepe nke LFP na LMFP cathodes maka ọnụ ahịa na nchekwa dị ala, na ijikọ imegharị ihe dị ka isi iyi ihe eji emepụta ihe. Ọzọkwa, ihe ọhụrụ usoro - dị ka nchacha gburugburu ebe obibi karịa, ojiji nke ihe ndị a na-emegharị emegharị, na mbelata akara carbon - ga-abụ isi ihe na-eme ka asọmpi ụlọ ọrụ ahụ dịkwuo mma.
Mmechi
Metallurgy bụ ntọala zoro ezo n'azụ mmepe nke batrị lithium-ion. Site na mwepụta na nhicha nke lithium na ọla mgbanwe, site na injinịa nke nhazi kristal cathode, mmepụta nke foils nchịkọta ugbu a, na njikwa nke njikọ ndị na-ekpebi ndụ, ruo na imegharị ihe na akụ na ụba gburugburu, ihe niile chọrọ nghọta miri emi nke igwe. Site na mmụba nke ụgbọ ala eletrik na mgbanwe ike zuru ụwa ọnụ, ọrụ metallurgy ga-aghọwanye atụmatụ: hụ na enwere ihe ndị dị mkpa, usoro mmepụta dị irè, arụmọrụ batrị kacha mma, na mmetụta gburugburu ebe obibi a na-achịkwa. Ọ bụrụ na batrị bụ ihe nnọchianya nke ọdịnihu nke ike, mgbe ahụ metallurgy bụ otu n'ime injin ndị bụ isi na-eme ka ọdịnihu ahụ kwe omume.
