Trang Chủ › hóa chất

Thành phần và hóa chất tạo ra Pin Lithium-ion (Li-ion)

Hóa Chất Miền Bắc - tháng 1 03, 2025 - hóa chất
Nội Dung

Pin Lithium-ion (Li-ion) được chế tạo từ các hóa chất và vật liệu đặc biệt, bao gồm các hợp chất kim loại, dung môi, và chất điện phân, mỗi thành phần đảm nhiệm một vai trò quan trọng trong việc lưu trữ và giải phóng năng lượng. Dưới đây là các hóa chất chính được sử dụng để sản xuất pin Li-ion:

Thành phần và hóa chất chính

1. Cực dương (Cathode)

Cực dương là nơi xảy ra phản ứng oxy hóa và thường chứa các hợp chất kim loại. Một số hóa chất phổ biến:

  • Lithium cobalt oxide (LiCoO₂):
    • Thường dùng trong các thiết bị điện tử di động.
    • Ưu điểm: Mật độ năng lượng cao.
  • Lithium manganese oxide (LiMn₂O₄):
    • Dùng trong các thiết bị yêu cầu dòng xả cao như dụng cụ cầm tay hoặc xe điện.
  • Lithium nickel manganese cobalt oxide (LiNiMnCoO₂ - NMC):
    • Thường dùng trong ô tô điện nhờ khả năng cân bằng giữa tuổi thọ, hiệu suất, và an toàn.
  • Lithium iron phosphate (LiFePO₄ - LFP):
    • Được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ bền cao và an toàn, như xe buýt điện.

2. Cực âm (Anode)

Cực âm là nơi lưu trữ ion lithium trong quá trình sạc, thường làm từ:

  • Graphite (than chì):
    • Phổ biến nhất do hiệu suất cao và chi phí hợp lý.
  • Silicon-carbon composite:
    • Tăng dung lượng lưu trữ, nhưng độ ổn định thấp hơn graphite.

3. Dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân cho phép ion lithium di chuyển giữa hai cực. Thành phần chính:

  • Lithium hexafluorophosphate (LiPF₆):
    • Muối phổ biến nhất trong dung dịch điện phân.
  • Dung môi hữu cơ:
    • Carbonate như ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), hoặc diethyl carbonate (DEC) giúp hòa tan muối lithium và cung cấp tính dẫn ion.

4. Tấm ngăn (Separator)

Tấm ngăn làm từ polymer như polyethylene (PE) hoặc polypropylene (PP), được sử dụng để ngăn chặn ngắn mạch giữa cực âm và cực dương.

Các hóa chất hỗ trợ và phụ gia

  • Phụ gia trong điện phân:
    • Vinylene carbonate (VC): Cải thiện tuổi thọ và hiệu suất pin.
    • Fluoroethylene carbonate (FEC): Bảo vệ bề mặt điện cực và tăng độ ổn định.
  • Chất kết dính:
    • Polyvinylidene fluoride (PVDF): Dùng để liên kết các hạt vật liệu trong cực âm và cực dương.
  • Dẫn điện:
    • Carbon đen (Carbon black): Tăng cường tính dẫn điện cho các cực.

Quy trình chế tạo

  1. Chuẩn bị cực dương và cực âm:
    • Trộn các hóa chất (ví dụ: LiCoO₂ hoặc graphite) với chất kết dính và chất dẫn điện, sau đó phủ lên bề mặt lá nhôm (cực dương) hoặc lá đồng (cực âm).
  2. Lắp ráp cell pin:
    • Cuộn cực dương, cực âm và tấm ngăn lại thành cấu trúc hình trụ hoặc xếp lớp thành cấu trúc hình hộp.
  3. Bơm dung dịch điện phân:
    • Tiêm dung dịch chứa LiPF₆ và dung môi hữu cơ vào bên trong cell pin.
  4. Niêm phong:
    • Đóng kín pin để ngăn rò rỉ và bảo vệ các thành phần bên trong.

Thách thức và cải tiến

  • An toàn: Lithium dễ phản ứng và có thể gây cháy nổ nếu bị hư hỏng.
  • Chi phí: Sử dụng các kim loại như cobalt làm tăng chi phí sản xuất.
  • Nghiên cứu mới:
    • Thay thế cobalt bằng các vật liệu rẻ và bền vững hơn như LFP.
    • Phát triển pin thể rắn (solid-state) để tăng an toàn và dung lượng.

Các hóa chất tạo ra pin Li-ion phải được quản lý và xử lý cẩn thận để đảm bảo an toàn trong sản xuất và sử dụng, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

096.474.5075