L'idìa di basi è sèmplici - dipusita nu stratu suttili di carboniu ncapu li matiriali di batterii pi farili cchiù cunnuttivi. LFP senza rivestimentu di carboniu àvi na cunnuttività circa 10^-9 S/cm ca è pi principiu n'isulaturi. Aggiungi 2-3% p.c. si utteni 10^-3 S/cm, abbastanza pi fari na battirìa funziunali.
Facìamu fari sia li sistemi CVD ca li linii di rivestimentu chimicu vagnatu ntâ nostra struttura. Lu CVD duna n'uniformità megghiu ma custa cchiù assai. Lu rivestimentu vagnatu funziona beni pâ maggior parti di l'applicazzioni e l'attrizzatura è cchiù fàcili.
Scupri li nostri capacità di rivestimentu CVD pi cchiù dittagghi ncapu l'uzziuni auta{0}end.
Picchì Matiriali di cappottu cû carboniu?
La majurìa dî catudi basati ncapu a fusfati hannu bisognu. La cunnuttivitati alittrònica è tirrìbbili senza lu rivestimentu. Fusfatu di ferru, fusfatu di manganisu- la stissa storia. Puru quarchi càtudi di ossidu beneficia dû rivestimentu si stai spincinnu C{5}}}.
Lu rivestimentu fa puru comu stratu prutittivu ntra lu càtudu e l'elittrolitu. Chistu è cchiù mpurtanti a timpiraturi auti unni li riazzioni laterali acciliranu. Videmu la vita dû ciclu migghiurari lu 40-50% sulu dû rivestimentu, supratuttu quannu li cèlluli vannu supra li 45 gradi.
L'anudi di silicuni sunnu n'armalu diversu. L'espansioni dû vulumi duranti lu ciclismu (300-400%) si scipparà la maggiuranza dî rivestimenti. Avìssiru bisognu di strutturi di carboniu flissìbbili o lu rivestimentu fallisci doppu na para di cicli. Travagghiàmu supra stu prubblema pi tri anni prima di aviri na formulazzioni ca s’arritirava supra li 200 cicli.
Processu di rivestimentu CVD
La nostra cunfigurazzioni CVD usa gas acitileni o mitanu a 650-750 gradi. Li tassi di flussu dipennunu dâ grannizza dû batch - di sòlitu 50-200 sccm pi nu batch di 100 kg. U gas si dicunsiona supra a superfici dî particeddi e forma u stratu di carboniu.
Lu cuntrollu dû spissuri è di tempu e timpiratura{0}} minuti a 700 gradi ti duna circa 5-8 nm a sicunna dû sustratu. Si ti servi nu rivestimentu cchiù spissu, lu faci cchiù assai, ma attenti a bloccari li pori supratuttu cu matiriali di supirfici auti.
Lu cuntinutu gràficu dû carboniu CVD è cchiù autu di mètudi chìmici umidi, ca significa na cunnuttività megghiu. L'acitilena duna cchiù carboniu gràficu dâ mitana, ma è puru cchiù caru e nu tipu di duluri pi maniari 'n manera sicura.
La grannizza dû batch nnâ nostra linia CVD va di 10 kg nzinu a 200 kg. Sunnu pussìbbili batch cchiù granni ma l'unifurmità dâ timpiratura addiventa nu prubblema. Chistu lu mparamu ntâ manera diffìcili - fici na batch di 500 kg na vota e lu rivestimentu supra lu matiriali dû centru rispettu ê bordi era assai diversu.
Accorde chimicu vagnatu
Mmiscari la pulviri câ suluzzioni di glucosiu, asciugala, poi pirolizzari nta l'atmusfera di nitrogginu. Lu zùccaru carbonizza e rivesti li particeddi. Cuncettu sèmplici ma uniformi pigghia na prova e n'erruri.
pH dâ suluzzioni di glucosiu è mpurtanti. Pi matiriali di basi comu LFP mantenimu lu pH circa 4{3}}5 accussì lu glucosiu adirà megghiu. Lu passaggiu di asciugatura è funnamintali - si asciutti troppu vilocimenti, si sciarria. Usamu l'asciugatura di spruzzu ora ca funziona assái megghiu dâ nostra vecchia cunfigurazzioni rutativa.
La timpiratura di pirulisi di sòlitu è di 500-650 gradi pi glucosiu. Li timpiraturi cchiù auti dùnanu cchiù assai carboniu gràficu ma accuminciati a abbruciari la pruduzzioni di carboniu. L'àcitu cìtricu è n'autra opzzioni, duna risultati simili ô glucosiu. Quarchi clienti prifirìsci lu saccarosiu, ma sinceramente nun vittimu assài diffirenzi di rinnimentu.
Lu carboniu dû rivestimentu vagnatu è suprattuttu amorfa cu quarchi dumini gràficu curtu. La cunnuttività è dicenti, nun è bona comu lu CVD ma abbastanza bonu pâ maggiuranza dî batteri. Lu costu è circa lu 40% cchiù vasciu di CVD pi kg di matiriali rivestitu.
Dumanna ca travagghiamu
Li càtudi LFP su' prubbabbirmenti lu 70% dû nostru vulumi di rivestimentu. Li spicificazzioni standard sunnu 2,5% di carboniu, spissuri di 8-10 nm. Quarchi clienti voli lu 3% pi applicazzioni cchiù auti.
Rivestimu puru l'anòdi LTO, puru si cchiù picca spissu. Di sòlitu lu carboniu dû 1-1,5 p.w. è bastanti picchì la cunnuttività LTO nun è accussì tinta comu LFP. Lu rivestimentu aiuta cu na capacità di càrrica a tassu àutu ca è mpurtanti pi applicazzioni di carica viloci.
NCM811 e autri catudi certi voti vennu rivestiti pi stabbilità supirficiali chiuttostu ca cunnuttività. Lu spissuri dû rivestimentu è cchiù suttili, forsi 3-5 5 nm, bastanti pi ridduciri lu cuntattu direttu ntra càtudu e elittrolitu. Chistu arridduci la dissoluzzioni di mitaḍḍu di transizzioni ca è na modalità di fallimentu pi matiriali ricchi di nichel a n’àuta tinzioni.
L'anòdi cumposti di silicuni su' difficili. Lu rivestimentu standard nun funziona pi lu prubblema di l'espansioni dû vulumi. Sviluppàmu na furmulazzioni di rivestimentu di carboniu cu na certa elasticità usannu pulimeri-} dirivatu lu carboniu. Custa cchiù assai, ma è l'unicu modu pi aviri na vita di ciclu dicenti. Macari allura, stai circannu forsi 500-800 cicli prima di sbiadiri di capacità mpurtanti.
Na sucità automobbilìstica vulìa ca rivestimu lu matiriali catòdicu spirimintali. Chiḍḍu pruggettu non funzionò - lu matiriali era chimicamenti nstàbbili duranti lu prucessu di rivestimentu e continuamu a vìdiri li canciamenti di fasi. Quarchi vota lu rivestimentu nun è la suluzzioni.
Nùmmari riali di l'obietti di pruduzzioni
Lu misi passatu rivestimu 3 tunnillati di LFP pi nu clienti ntâ Corea dû Sud. Lu birsagghiu era dû 2,8% p. Li risultati dû batch vannu dû 2,65% ô 2,95%, ca è nnô nostru ±0,3% di tulliranza. La cunnuttività supra li pellet pressati mediava 8,2 x 10^-3 S/cm.
Pi fari nu paraguni, lu stissu matiriali nun riculatu misurava 2,1 x 10^-9 S/cm. Chistu è circa 4 miliuna di voti nnâ cunnuttività, puru si cunfruntari la cunnuttività pressata pî pellet â cunnuttività dî particeḍḍi nun è na mètuduluggìa pirfetta.
Li provi dâ vita dî ciclu ncapu li cèlluli di muniti (carica C/3, scaricamentu C/3, 2,5-3,8V) mustraru na ritenzioni di capacità dû 91% doppu 1000 cicli a 25 gradi. L'obbiettivu dû clienti era dû 90% quinni passau.
| Tipu matiriali | Cuntinutu di carboniu | La nostra gamma tipica | Noti |
|---|---|---|---|
| Catodu LFP | 2-3% p.c. | 2.3-2.9% | N'applicazzioni cchiù cumuni |
| Anòdu LTO | 1-2% p. | 1.2-1.7% | Menu crìticu dû LFP |
| NCM/NCA | 0,5-1,5% p.c. | 0.8-1.3% | Pi prutizzioni supirficiali principarmenti |
| cumpostu di silicuni | 5-10% | 6-9% | Bisognava rivestimentu flissìbbili |
Li ranghi mustrati sunnu chiḍḍi ca ottènimu ‘n pruduzzioni, no obiettivi tiòrici.
Prubblemi di qualità dû rivestimentu ca vittimu
La cupirtura ncumpleta è lu prubblema cchiù cumuni, supratuttu cu nu rivestimentu vagnatu. Finisci cu macchi nudi ncapu la supirfici di particeḍḍi ca cria na cuncintrazzioni di currenti lucali duranti lu ciclismo. Chistu si mustra comu sbiadimentu di capacità doppu 200-300 cicli.
Rivestimentu troppu spissu blocca la diffusioni di litiu. Avìamu nu batch unni lu rivestimentu era di 25 nm ô postu dû birsagghiu di 10 nm pi nu prubblema di cuntrollu dâ timpiratura. La capacità di tassu era assai peggiuri - cèlluli nun putìa manijari lu scarico 1C senza na calata di vurtaggiu mpurtanti.
L'ossidazzioni dû carboniu duranti l'archiviazzioni è n'autru prubblema. La pulviri rivestita s'avissi a sarbari 'n cunnizzioni sicchi. Avemu nu clienti ca sarbamu matiriali ntô magazzinu umidu pi sei misi e lu cuntinutu di carboniu calau dû 2,5% ô 1,9%. Lu carboniu ossida lentamenti nna l'aria umida.
Attrizzatura e Capacità
Lu nostru furnu CVD principali po manijari 200 kg batch. Aviamu macari nu furnu di R&S cchiù nicu pi batch di 5-10 kg quannu li clienti volunu pruvari lu rivestimentu supra novi matiriali. Lu turnu pi l'abitu di R&S di sòlitu è 1-2 simani. Li batch di pruduzzioni pigghiunu 3-4 simani dû ricevutu matiriali â spidizzioni.
La linia di rivestimentu vagnatu havi nu throughput cchiù àutu, nzinu a 500 kg a batch. Lu fatturi limitanti è di sòlitu la capacità di asciugacapelli a spruzzu chiuttostu ca lu furnu di pirolisi.
Stiamu allargannu la capacità l'annu prossimu cu nu novu sistema CVD, avissi a èssiri online di Q2 2026. la capacità di birsagghiu è di 300 kg batch ca aiutanu cu quarchi clienti cchiù granni.
Travagghiu di sviluppu
Si hai nu matiriali ca putissi binificiari dû rivestimentu ma nun si sicuru, putemu fari li provi di sviluppu. quantità mìnima sunnu di sòlitu 200 grammi. Testamu cunnizzioni di rivestimentu 2-3 e furnimu campioni rivestiti e dati elettruchìmici dî cèlluli di munita.
Lu costu dû sviluppu dipenni dâ purtata dî test. Valutazzioni di basi cû test di cèlluli di munita gira circa $3500. Si ti servinu provi cchiù ampi comu custruzzioni di cèlluli cumpleti o lu ciclismu longu- termini lu putemu citari siparatamenti.
Nu prubblema ca facìamu u travagghiu ri sviluppu è ca li risultati dû labburatoriu nun si traduci sempri ‘n scala ri produzzioni. Rivestimu nu matiriali a na scala di 50 grammi ca pareva granni, ma quannu s’avìamu scalatu a 50 kg l’unifurmità dû rivestimentu era tirrìbbili. La distribbuzzioni dâ grannizza dî particeḍḍi e l'aria di supirfici nfruènzanu lu cumpurtamentu di rivestimentu ca certi voti chiḍḍu ca funziona nicu nun funziona granni.
Fatturi di costi
Lu rivestimentu CVD agghiunci circa $2-4 a kg ô costu dû matiriali a sicunna dâ grannizza dû batch e dâ spicificazzioni dû rivestimentu. Lu rivestimentu chìmicu vagnatu è di $1,50-2,50 a kg.
L'ordini mìnimu pû rivestimentu di pruduzzioni di sòlitu è di 50 kg. Sutta ca lu costu di l'impostazzioni lu renni inefficienti. Pi quantità di sviluppu sutta li 50 kg, addimannamu na tariffa di cunfigurazzioni.
Si stai accattannu matiriali pricursuri di nuatri (pulveri nun rivestiti) e aviricci rivestiri, di sòlitu putemu ottèniri prezzi megghiu rispettu a si ci spidinu lu to matiriali. La luggìstica è cchiù fàcili e siamu già stabbiliti cû li furnitura matiriali.
Lu matiriali rivestitu di spidimentu abbisogna di na certa cura picchì la pulviri è cchiù pirofurica rispettu ô matiriali nun rivestitu. Usamu sulu l'UN- l'imballaggi appruvati e li spiditi sulu attraversu li trasporti a terra. Lu trasportu aria non è cunsentitu pâ maggior parti dô carboniu{3}}}}} a causa dô rischiu di focu.
Pruvi e spicificazzioni
Provi standard ci dunamu ogni batch:
Cuntinutu di carboniu pi anàlisi di cummussioni (±0,1 wt%)
Dinsità di catinottu
Distribbuzzioni dâ grannizza dî particeḍḍi (D10, D50, D90)
Cuntinutu di umidità
Immaggini SEM (furniti supra richiesta)
Pruvvisti aggiuntivi disponìbbili:
Misurazzioni dâ cunnuttivitati supra li pellina pressati
Supirfici di supirfici BET
XRD pi struttura cristallina
TEM cruci({0}} pi virìficazzioni dû spissuri dû rivestimentu
ICP-MS pi anàlisi di mpurità
Test cillulari dâ munita (funziunanti di ciclu, capacità di tassu, mpidanza)
La maggiuranza dî clienti voli sulu li test di basi e la misurazzioni dâ cunnuttività. La carattirizzazzioni cumpleta agghiunci circa na simana pi girari lu tempu di girari e custa suverchiu.
Chiddu chi Nun famu
Nun rivestimu li fogghi di l'elittrodu. Li nostri apparecchiaturi sunu pruggittati pi nu rivestimentu di pulviri. Si ti servi nu rivestimentu già a elittrodi fabbricati ca su' n'interamenti diversu.
Non manijamu macari li matiriali cu prioccupazzioni di sicurizza gravi. Nisciuna pulviri di mitaḍḍu di litiu, nuḍḍu aria assai aria-}}. Li matiriali di batterii standard vannu beni, ma si lu to matiriali cummunta spuntàniamenti nta l’aria nun putemu travagghiari cu chistu.
Lu rivestimentu di purità ultra{0}} (gradu simicu) nun è lu nostru focus. Siamu cunfigurati pi matiriali di battirìa, ca significa na bona purità ma nun è pulitu. Si ti servi nu cuntrollu di cuntaminazzioni di sub{3}}, ti servi nu tipu diversu di struttura.
Esempi di clienti
Na cumpagnia di battirìa ntô Michigan ci mannau lu so silicon-menti lu matiriali di anòdu cumpostu. Stannu vidennu sbiadiri li capacità doppu 150 cicli. Lu rivestimu câ nostra formulazzioni di carboniu flissìbbili e pigghiaru la vita di ciclu nzinu a 600 cicli. Lu costu matiriali aumentò di $3,50/kg, ma lu migghioramentu dû rinnimentu lu giustificau pâ sò applicazzioni.
N’àutru pruggettu coinvolgeva lu rivestimentu di NCM811 pi nu clienti automobbilìsticu europeu. Iḍḍi si prioccupàvanu pâ sbiadimentu dâ capacità a àuta tinzioni (tatoff 4,3V). Lu NCM811 standard mustrò na pèrdita dû 15% doppu 500 cicli. Cu nu rivestimentu di carboniu dû 1% p.p. e nu certu trattamentu supirficiali l'appimu nzinu a l'8% di pèrdita di capacità. Lu rivestimentu nun era l'unicu fatturi - ottimizzaru macari l'elittrolitu -, ma ajutau.
Travagghiamu cu nu gruppu di ricerca sviluppannu na nova cumpusizzioni di càtudu (litium-rincantà NCM). Lu matiriali avìa na bona capacità ma na capacità di tassu tirribbili. Doppu ca si rivesti cu lu 2% dâ capacità di scarica a 1C migghiurau di 140 mAh/g a 168 mAh/g. La cunnuttività era lu fatturi limitanti pi chiḍḍu matiriali.
Quarchi vota lu rivestimentu nun arrisolvi lu prubblema. Avìamu nu clienti cu na capacità rapida sbiadita ntê so cèlluli e pinzàvanu ca lu rivestimentu lu risolvissi. Doppu ca l'indagini attruvamu ca lu sò sbiadi era duvutu â placcatura di litiu supra l'anòdu duranti la carica viloci. Lu rivestimentu ca lu catòdiu non l'ajutava. Raccumannàumu di taliari mmeci lu sò protocollu di carica.
Risursi tècnichi
Pubblicàmu arcuni artìculi supra u rivestimentu ri carboniu si voli cchiù dittagghi supra a scienza. A maggior parti è arrè li paghi, ma putemu mannari PDF si ci cuntatta.
Si travagghiati cu matiriali di fusfatu di ferru di litiu e voli capiri lu latu dâ chìmica dâ battirìa, stu artìculu ncapu [battarìa fusfata di joni di litiu] cumprenni abbastanza boni li cosi basi. Capiri la chimica dâ battirìa aiuta a spiegari picchì lu rivestimentu fa sta diffirenza pi LFP ntô spicìficu.
