Kasi Chigaŵa cha Anode nchivichi?

Vinthu vya anode ni chigaŵa cha electrode chiheni mu mabatire apo oxidation yikuchitika pa nyengo yakufumiskika, kufwatura ma electron agho ghakukhira ku cathode kwizira mu dera la kuwaro. Mu mabatire gha lithiamu {{{{lin}}} mabatire, vinthu vya anode vikusunga lithiamu pa nyengo ya magesi na kuvifumiska pa nyengo yakufumiskika. Vinthu ivi vikupangiska kuti mabatire ghaŵe ghakuzirwa chomene kusazgapo liwiro la charging, nkhongono ya kusungirako nkhongono, umoyo wa msinkhu, na umo vikuchitira pa chivikiliro. Ivyo vikuchitika chomene ni vya graphite, ivyo vikupangiska pafupifupi 98% ya mabatire gha lithiamu -}ion, nangauli silicon - singes yakusintha yikuwoneka kuti yiŵe na nkhongono zapachanya zakugwiriskira ntchito nkhongono zinandi.

Battery wa anodes wakuthemba pa mbumba zakupambanapambana zakuwoneka, chilichose chikupereka malonda ghakupambanapambana ghakugwira ntchito -}skondi ku mapulogalamu ghakusunga nkhongono.

Graphite ndiyo yikulamulira malonda gha malonda-}ion kupanga mabatire, ndipo pafupifupi 98% ya msika wa anode kufuma mu 2024. carbon {{- faststructs ili likuguliska lithiamu pakati pa mapepala ghake gha graphene ghakuŵikika pa nyengo yakuchajira. Natural graphite, iyo yikufumiskika mu vigaŵa vya mineral, yikupereka nkhongono zinandi pa mtengo wakucepa wa kupanga kweni yikusanga kukura kwa kapangikiro pa nyengo ya charge- discharge. Groady yakupangika yikupokera high high - kutentha kwa thupi pachanya pa 2,500℃, kupanga vigaŵa vyakukhazikika vya mukati ivyo vikupangiska kuti batire likhale na umoyo ndiposo kuti lileke kuchimbizga mwaluŵiro kwizira mu nthowa zinandi za lithiamu-}ion nthowa.

Nkhongono yikuru ya graphy yikukhala pa 372 mAh / g, iyo yikufiskika apo lithiamu ion yimoza yili na ma atomu 6 gha carbon mu boma lakuzura (LiC₆). Nangauli ŵakupanga ŵali kufika pa mphaka iyi kwizira mu vyaka makumi ghanandi vya kunozga, nkhongono ya graphite yapangiska kuti mafakitale ghawone vinthu vinyake vyapachanya-}kugwira ntchito.

Silicon wakuyimira high high high - nkhongono, kusunga 4.4 lithium ions pa atomu pa silicon atomu pakuyaniska na graphite ya 6: 1 carbon-TOr - laithium ratio. Atomiki iyi {‐ily}}}lero yikung’anamura nkhongono za theoretical izo zikujumpha 3,600 mAh / g- mu nyengo khumi za graphite.

Suzgo ili lili mu kukura kwa silikoni. Pa nyengo ya usambazi, vigaŵa vya silikoni vikukura pafupifupi 300-400% ya kukura kwawo kwakwamba. Kukuzga uku kukupangiska kuti vinthu viŵe vyakusuzga chomene ivyo vikupangiska kuti vinthu viŵeko, kuphwanya magesi, ndipo vikupangiska kuti nkhongono zinangike mwaluŵiro. Siliconode wa m’maziko wakwambilira wakataya nkhongono zinandi mu 10 charge.

Nthowa za malonda zasono zikusazga silicon na graphite mu vigaŵa vyakupangika. POSCO Future M wakambiska silicon -carbon anode mu Malichi 2025 kupereka nkhongono zakusungamo graphite maulendo ghankhondi, na kupanga kwa unandi kukukhwaskana na 2027. LG Energy Solution yikazgoka wakupanga wakwamba kugwiriskira ncito 5% silicon-} yikapokera anodes ku magalimoto gha magesi mu 2019. Data ya mafakitale kufuma ku 2024 yikulongora ivyo vili mu silicon mu anodes kanandi likukhala pasi pa 8% na kulemera kuti lilongozge masuzgo ghakukura uku likukhozga nkhongono za nkhongono.

LTO anodes ŵakugwira ntchito pa nkhongono za magesi zakukwera (pafupifupi 1.55V vs. Li / Lio) pakuyaniska na nkhongono za graphite pafupi na -zero nkhongono. Kuŵikika kwa magesi uku kukupangiska kuti lithiamu dendrite yipangike - threads izo zingapangiska kuti paŵe vigaŵa vyakupatura vya mabatire na kupangiska madera ghafupi. Vinthu ivi vikulutilira kukhazikika pa nyengo ya njinga na kusintha kwa voliyumu yichoko, ndipo vikupangiska kuti viŵe vyakwenelera kuti viŵe vyakuvikilirika - kweni ivyo vikusuzga chomene mu ndege na ngalaŵa za ŵakwendeska.

Malonda gha {{-}iza mu nkhongono za nkhongono. LTO yakugwira ntchito yakugwira ntchito yikuchepeska magesi ghose para ghakuŵikika pamoza na cathodes zakumanyikwa, nkhongono zakukanizga. Kafukufuku wa 2024 wa Energy & Environmental Vinthu ukalongosora umo LTO yikugwiriskira nchito mu nyengo zakuvikilirika chomene -}} kukhumbikwa uko kukuchepa kwa ngozi ya kuthamanga kwakutentha kukuluska vyakukhwaskana na nkhongono za nkhongono.

Lithiamu vitsulo anodes vikukankhira nkhongono zakusambizga ku 3,860 mAh / g-panji mphaka ya graphite maulendo khumi. Mmalo mwa kusunga lithium ions mukati mwa kapangikiro ka ŵalendo, lithiamu vitsulo vikupanga lithiasiti lithium mwaluŵiro pa nyengo ya magesi. LG Energy Solution yikukhumba kuŵika vithuzithuzi vya lithiamu vitsulo mu ndondomeko zapasi - nkhongono zakuchepa kuumaliro wa 2027, kukuzga ku mapulogalamu ghapachanya - capacity pamanyuma pake.

Kafukufuku wakulutilira pa kusintha {{llit}} mitundu anodes kugwiriskira ncito vitsulo oxides na phosphides, alloy- vinthu ivyo vikusazgapo matini na germanium, na vyakupangika vya anode vyakupangika na vyakumera. Ivi vikukhala chomene mu vigaŵa vyakutukuka nga ni vya 2025.

Anode Material

Kupanga anode kukukhwaskana na ndondomeko zinandi zakwenelera kwambura kupwelerako za mtundu wa vinthu.

Vinthu vyambura kupangika vikupangika kuti viŵe vyakupangika na anode, ndipo pamanyuma pake vikukhazikika mu ufu uwemi ndipo vikusazgikana na vyakusazgapo na vyakusazgapo vyakulongozga kuti vipangiske slurries. Kwa anodes ya graphite, ŵakupanga ŵakuvwara slurry iyi pa ŵakusonkheska ŵa mkuwa sono. Vinthu vyakuphikika vikujumpha mu uvuni wakuuma kuti viwuskemo vyakusungunura na kuvikilirika vinthu. Nthowa yakupangira makelo ghakufinyikizga na kusalazga vyakuvwara kwizira mu ma rola, kukhozgera kuti pali msinkhu wakuyana na wakukolerana makora.

Silicon {{0)} graphite composites yikukhumbikwira kuti yiŵe yakusazgikira kuti yilongozge kukura kwa voliyumu. Nthowa zapachanya zikusazgapo silicon silicon mu vigaŵa ivyo vili pasi pa 100 nanometers, silicon wakubenekelera na vikumba vya carbon kuti viŵe vyakuwonjezera, na kuŵika silicon mu matriceti gha graphite. Nthowa zakuŵikamo nthunzi za nthunzi zingapanga nano - silikoni iyo yikuthandazgika mu vigaŵa vya carbon, nangauli pa kupanga vinthu vinandi.

Anode Material

Vinthu vyakupangika na noties vikwenera kufiska vinthu vinandi ivyo vikukhumbikwa.

Nkhongono zapadera: Vinthu vyapachanya vya nkhongono vikusunga nkhongono zake pa kulemera kwa unit. Nangauli graphite maxes pafupifupi 360 mAh / g mu nchito, silicon - carbon composites sono yikupereka 450-500 mAh / g pa sikelo ya mafakitale.

Kusambizga vya magesi: Vinthu vikukhumbikwira kuti magesi ghaleke kwenda makora kuti ghaleke kutaya nkhongono. Graphite ndiyo yikupangiska kuti yiŵe yiwemi, apo silicon yiwemi yikukhumbikwira vyakusazgapo vya carbon panji vyakuŵikamo kuti yilutilire kwenda sono.

Kukhazikika kwa vinthu: Vinthu vikwenera kurongora kuti lithiamu wakuwerezgawerezga na kufumiska kwambura kunanga. Graphite wakusunga makora kapangikiro, kweni kukura kwa silicon kukukhumbikwira kuti paŵe mapulani agho ghakupangika kuti ghaleke kugaŵikana.

Kusintha kwa Mtundu Wakwamba: Msinkhu wakwamba wa charge ukupanga mtundu wakukhora -electrolyte interphase (SEI) iyo yikurya lithium kwambura kusintha. Kuchepeska {2} cycle nkhongono kukung'anamura nkhongono zichoko waka izo zilipo. Graphite kanandi wakukwaniska 90-93% kugwira ntchito kwakwamba, apo vinthu vya silicon vikukhalilira pa 70-85%.

Umoyo wa nyengo: Mabatire gha malonda ghakukhumba 800- 1,200 malipiro ghakulipira na 80% kusunga nkhongono. Graphite mwambura kusuzga kuluska chimanyikwiro ichi. Silicon-carbon vyakupangika vyasintha kufuma pa 300-500 mzere kufika pa 800-1,200 mzere kwizira mu nthowa zakupambanapambana zakupangira vinthu izo zikupangika pakati pa 2023-2025.

Msika wa vinthu vya anode ukafika pa 3.5 biliyoni mu 2024 ndipo mapulojekiti kufika pa $ 14.7 biliyoni mu 2034, kukura pa 15.7% pachaka kuyana na InsightAce Analytics. Kusazgirako uku kukulongozga mwaluŵiro na kuseŵezeska magesi na gridi - kutumizga nkhongono.

Vinthu vya anode vikwimira 10-15% ya lithiamu -ion batiri, pakuyaniska na vinthu vya cathode '30-40% gawo. Mu 2024, mitengo ya mabatire yikakhira na 20% kufika pa $ 115 / kWh-kuchepa kwakukwera chomene kufuma mu 2017. BloombergNEF yikuti ivi vikuchitika chifukwa cha kupanga maselo mwakujumphizga, chuma cha sikelo, na mitengo yichoko ya vitsulo.Mtengo wa mabatire ya Lithiamuku China kukafika pa $ 94 / / WWh, apo mitengo ya US na Europe yikafika pa 31% na 48% yakukwera.

Kuŵika mitengo uku kukukhwaska chuma cha anode. Natural graphite yikudura chomene kuluska mitundu yakupambanapambana chifukwa cha ivyo vikukhumbikwa pa kupanga vinthu vichoko. Silicon {{2) vipangizo vyakupangika sonosono apa vikuguliska pafupifupi 750,000 CNY pa tonne ku China, kukhumba kuchepeskeka kufika pa 110,000-170,000 CNY pa tani kuti chuma chiŵe chakulimbana na graphite pa 50,000-80,000 CNY pa tonne.

Ubale pakati pa mtengo wa anode na mitengo ya mabatire ukupanga nkhongono zakusuzga. Pakuti awo ŵakupanga mabatire ŵakusefa mphepete za msika kuti ŵalutilire kuŵa na msika mu 2025, kupanikizika kukusamuska ku mlonga ku awo ŵakupeleka vinthu. Ŵanthu awo ŵakupanga Anode ŵakuzgora mwa kukhozga makora kupanga vinthu na kulondezga vinthu vyakulondezgapo - vyakupanga ivyo vikupangiska kuti mitengo yiŵe yiwemi kwizira mu uwemi wa kugwira ntchito.

Mtengo wa vinthu vyambura kukhumbikwa ukusinthasintha chomene. Mitengo ya lithium carbonate yikakhira na $70,000 pa tani mu 2022 kufika pasi pa $ 15,000 mu 2024. Nangauli vinthu vya cathode vili na lithiamu yinandi, mitengo iyi yikusinthaso kupanga anode kwizira mu mtengo wa electrolyte na kusokonezgeka kwa katundu.

China yikulamulira kupanga vinthu vyakupangika na ŵanthu, ndipo ivi vikupangiska kuti paŵe ngozi zakuŵika vinthu pa malo ghakwenelera ivyo vikapangiska kuti Dipatimenti ya Energy na European Commission yiŵe na graphite ya chilengiwa nga ni chinthu chakuzirwa chomene. Mu 2024, ŵakupanga vinthu ŵa ku China ŵakaŵa pafupifupi 90% ya anode ya pa charu chose.

Nkhongono ya kupanga vinthu vya ku Manjiliro gha dazi yikukura kweni yikukhala yikucepa. Ŵanthu awo ŵakupanga vinthu ku North America nga ni Syrah Resources, Northern Graphite, na Nouveau Monde ŵakupanga ndondomeko yakupelekera vinthu, nga umo ŵakuchitira ŵaseŵera ŵa ku Europe kusazgapo Talga Resources na Vianode. Masuzgo agha ghakukumana na masuzgo agho ghakuyana na ndalama za ku China apo ghakufiska ivyo vikukhumbikwa kuti munthu waŵe na umoyo uwemi.

Malinga na viŵelengero vya SMM, kupanga graphite anode ya graphite kukafika pa matani 1.845 miliyoni mu 2024, kufika pa 14% chaka - chaka- chaka. Artificial graphite yikayimilira 90.6% ya buku ili apo ŵakupanga ŵakagwiriskira ncito tekinoloje yapacanya nga ni graphitization yakulutilira kuti ŵalaŵilirenge ndalama. Kukanizgika kwa graphite ya chilengiwa kukapangiska kuti ŵamakasitomala ŵanyake ŵa ku vyaru vinyake ŵaŵe na graphite yakupangika, ndipo ivi vikapangiska kuti msika wake uŵe wakusazgikira.

Mapulogalamu ghakupambanapambana ghakukhumba mikhaliro yakupambanapambana ya anode.

Mabatire gha magesi gha magesi ghakuŵika pakwamba nkhongono za nkhongono na kuŵika magesi mwaluŵiro. Silicon {{{11}} graphite anodes yikovwira kutambasura mtundu wa kuyendeska, ndipo silicon yikukura pachokopachoko apo vyakuwonjezera voliyumu vikusintha. Tesla, BMW, na ŵanyake awo ŵakupanga magalimoto ŵapharazga mgwirizano na ŵakupanga silicon anode kuti ŵakhazikike pakati pa 2025-2027.

Ŵanthu awo ŵakugula vinthu vya magesi ŵakuŵa na nkhongono zakuyana waka na umoyo wakuzungulira na kuvikilirika. Mafoni na ma laputopu kanandi ghakugwiriskira ncito ma anode gha graphite ghakupangika makora agho ghakupereka mwakugomezgeka 500-1,000 ghakulipira ndalama mu vyaka vinandi vyakugwiriskira ncito.

Grid {{0} auto systems systems kukudidimizga pa umoyo wa mzere na mtengo pa unandi wa nkhongono chifukwa vipingo vya mlengalenga ni vichoko. Mapulogalamu agha kanandi ghakugwiriskira ncito ma cathodes gha LFP (lithium iron phosphate) ghakuŵikika pamoza na vithuzithuzi vya graphite kwa nyengo yitali - nyengo yakukhazikika. Vinyake ivyo vikuŵikika vikuwoneseska LTO anodes apo chivikiliro na umoyo utali vikulongora kuti mtengo wakukwera.

Kafukufuku uyo wakasindikizgika mu Malipoti gha Scientific mu February 2024 wakalongora bio- pafupifupi kupanga anode anode kwizira mu kupanga graphitization ya biochar. Kugwiriskira ncito cataryst ya trimetal (nickel, iron, na manganese), ŵakusanda ŵakakwaniska 89.28% digiri ya graphitization na 73.95% viŵelengero vya kutembenukira, kupereka nthowa yinyake yakukhalilira ku petroleum - graphite yakukhazikika.

Kuzenga vinthu vyakale kukulutilira kusintha umo silicon anode yikuchitira. Nthowa zikusazgapo kupanga silicon nanowires izo zikukolerana na ŵakusonkheska ŵasono, encapsulating silicon mu vikomboli vya graphene, na kupanga vigaŵa vya core -shell vigaŵa vya vigaŵa. Gulu 14 Technologies yikaŵa na silikoni {-carbon composite iyo yikapangiska kuti paŵe 50% ya nkhongono zakukwera za volumetric zinandi kuluska graphite yakumanyikwa.

Matekinoloje ghakuŵikamo vyakuvwara vya pa charu chapasi ghakulongosora umo SEI yikuŵikira. Kubika kwapachanya nga ni polacrylic acid na carboxymethyl cellulose kukupangiska kuti silikoni wasinthe chomene pakuyaniska na fluoride ya polyvinylidene ya chikhalidwe. Vinthu viphya vyakusazgapo vya electrolyte vikovwira pakupanga vigaŵa vya SEI vyakukhazikika chomene ivyo vikukana kuphwanya pa nyengo yakusazgirako - contractations.

Anode Material

Kupulikiska anode kukukhumbikwira kuti ŵawone vigaŵa vinyake vyakuchitira vinthu ivyo vikupangiska kuti batire la batiri leneko liŵe launenesko.

Batiri ya foni yamakono yili na pafupifupi 15-20 magalamu gha vinthu vya anode. Kugwiriskira ncito graphite pa 350 mAh / g nkhongono yeneco, ici cikupereka pafupifupi 5.25-7 Wh ya nkhongono zose za batire. Kusintha ku 10% silicon composite pa 450 mAh / g kungapangiska kuti ivi viŵe vyakukhozga kufika pa 6.75-9 Wh-loŵa pafupi na 20-25% kuwonjezeka.

Kukwaniska mwaluŵiro kuchapa nkhongono kukuthemba chomene pa katundu wa anode. Graphite yingazomera mwakuvikilirika mitengo ya malipiro pafupifupi 1C (mlingo wose mu ora limoza), na vipangizo vyapachanya ivyo vikufika pa 2-3C. Vinthu vya Silicon vikulayizga nanga ni vigaŵa vinandi chifukwa cha nthowa ya kuŵika pa charu chapasi m’malo mwa kuthandazgika kwakukhora kwizira mu vigaŵa vya graphite.

Kuchita vinthu mwakupambanapambana kukupambana mwakuyana na vinthu. Graphite wakupereka chigoliro cha thinthium pa nyengo yakutentha pasi pa 0℃, apo lithiamu wakuŵika nga ni chisulo m’malo mwa kulumikizana makora. Ici cikupangiska kuti paŵe ngozi zakuvikilirika. LTO yikusunga kacitiro ku -30℃, kupangiska kuti yiŵe yakukwana pa nyengo yakuzizima-nyengo nangauli nkhongono zikucepa.

Ŵanthu awo ŵakupanga mabatire ŵakupima vinthu vya anode kwizira mu ndondomeko zakuzomerezgeka. Kupanga kwakupangika pa 0.1C kukhazikiska nkhongono zakwamba na kupanga SEI layer. Kuyezgeka kwa mtundu wa mtundu wa mtengo na kutuluka pa ma current ghakukwera pachokopachoko (0.5C, 1C, 2C, 3C) kuti ŵawone umo nkhongono zikutumizgira. Kuyezgeka kwa umoyo wa cycle kukujumpha mazana ghanandi gha malipiro gha - mtengo wa discharge pa viŵelengero vyakumanyikwa na kutentha.

Nthowa zakumanyikwa zakumanyikwa na X-ray diffraction ya kusanda kapangikiro ka kristalo, kuskena electron microscopy ya vigaŵa vya thupi, na spectroscopy ya electrochemical impedance spectroscopy kuti yipulikiske kukana na kutumizga mtengo wa magesi. Miyeso iyi yikovwira awo ŵakupanga vinthu kuti ŵapangire makora kukura kwa vigaŵa, kawonekero, malo, na vigaŵa vyakubenekelera.

Kugaŵika kwa kukula kwa vigaŵa kukukhwaska chomene ntchito. Vinthu vikuru vikuchepeska malo gha pa charu chapasi, kuchepeska kinetics ya vyakuchitika kweni kusintha kwakwamba - njinga. Vinthu vichokovichoko vikupangiska kuti ŵanthu ŵaŵe na chiŵelengero cha ŵanthu kweni ŵakupanga malo ghanandi ghakuwonerapo pa vigaŵa vinyake vyambura kukhumbikwa. Ŵanthu awo ŵakupanga vinthu kanandi ŵakugaŵika kuti ŵapelekeke makora kuti ŵagwiriskike nchito, kanandi mu 10-20 micrometer range kuti ŵaŵikepo graphite.

Munda wa anode ukulutilira kuluta panthazi mwaluŵiro apo batire likukura. Graphite yikwenera kuti yizamukhala waka mu nyengo yapakatikati chifukwa cha mtengo wake wa mtengo na unyolo wakukhwima wa kupereka. Kuphatikizgika kwa Silicon kukusazgikira pachoko na pachoko apo ŵakupanga ŵakumazga masuzgo ghakukura. Pamanyuma pake-iziro la vinthu nga ni lithium chisulo likulindilira mu mapaipi ghakutukuka kuti lipeleke nthowa zakuchitira vinthu mwakupambanapambana ku vipingo vyawo vyaukadaulo.

Key Monyawawaws

Vinthu vya anode vikupanga viheni mu mabatire apo oxidation yikuchitika, ndipo graphite sono yikulamulira pa 98% msika wa chigaŵa chifukwa cha 372 mAh / g nkhongono na mtengo wake {nthengwa

Silicon wakupereka nkhongono za 10x zapachanya pa 3,{{600+ mAh / g kweni wakukumana na 300-400% masuzgo ghakusazgirako kwa buku ilo likuchepeska malonda gha silicon gha malonda kufika pasi pa 8% mu vigaŵa vyakupangika na 2025 .

Mitengo ya mabatire yikakhira na 20% mu 2024 kufika pa $ 115 / kWh, na vinthu vya anode ivyo vikwimira 10-15% ya mtengo wose wa batire ndipo kukumana na kuchichizgika kwa mitengo apo ŵakupanga mpikisano ŵakulimbana pa mphepete .

Msika wa vinthu vya anode ukuwoneka kuti ukukula kufuma pa $ 3.5 biliyoni mu 2024 kufika pa $ 14.7 biliyoni mu 2034, uwo ukulongozgeka na kuzomera galimoto ya magesi na kukuzga nkhongono .

Pakulondezgapo-} vinthu vinyake kusazgapo vyakukwera-silicon vyakupangika na lithiamu vitsulo vikukhumba kuguliska pakati pa 2025-2027, na ŵakupanga ŵakuru nga ni LG Energy Solution na POSCO Future M kulongozga kuyezgayezga kwa chitukuko