Со брзиот развој на новата енергетска индустрија, побарувачката за високо-перформансни литиумски батерии расте. Иако материјали како што се литиум железен фосфат (LFP) и тернарен литиум заземаат доминантна позиција, нивниот простор за подобрување на густината на енергијата е ограничен, а нивната безбедност сè уште треба дополнително да се оптимизира. Неодамна, соединенијата базирани на циркониум, особено циркониум тетрахлорид (ZrCl₄) и неговите деривати, постепено станаа истражувачка жариште поради нивниот потенцијал за подобрување на животниот век и безбедноста на литиумските батерии.
Потенцијал и предности на циркониум тетрахлорид
Примената на циркониум тетрахлорид и неговите деривати во литиумските батерии главно се одразува во следниве аспекти:
1. Подобрување на ефикасноста на преносот на јони:Студиите покажаа дека адитивите во метално-органската рамка (MOF) со ниско-координирани Zr⁴⁺ места можат значително да ја подобрат ефикасноста на пренос на литиумски јони. Силната интеракција помеѓу Zr⁴⁺ местата и обвивката за растворање на литиумски јони може да ја забрза миграцијата на литиумските јони, со што ќе се подобрат брзината и циклусот на батеријата.
2. Подобрена стабилност на интерфејсот:Дериватите на циркониум тетрахлорид можат да ја прилагодат структурата на растворање, да ја подобрат стабилноста на интерфејсот помеѓу електродата и електролитот и да ја намалат појавата на несакани реакции, со што се подобрува безбедноста и работниот век на батеријата.
Рамнотежа помеѓу цената и перформансите: Во споредба со некои скапи материјали за цврсти електролити, цената на суровината на циркониум тетрахлорид и неговите деривати е релативно ниска. На пример, цената на суровината на цврстите електролити како што е литиум циркониум оксихлорид (Li1.75ZrCl4.75O0.5) е само 11,6 долари/кг, што е многу пониско од традиционалните цврсти електролити.
Споредба со литиум железо фосфат и тернарен литиум
Литиум железен фосфат (LFP) и тернарен литиум се главните материјали за литиумски батерии во моментов, но секој од нив има свои предности и недостатоци. Литиум железен фосфат е познат по својата висока безбедност и долг век на траење, но неговата енергетска густина е ниска; тернарниот литиум има висока енергетска густина, но неговата безбедност е релативно слаба. Спротивно на тоа, циркониум тетрахлорид и неговите деривати добро се справуваат со подобрувањето на ефикасноста на преносот на јони и стабилноста на интерфејсот, и се очекува да ги надоместат недостатоците на постојните материјали.
Тесни грла и предизвици за комерцијализација
Иако циркониум тетрахлорид покажа голем потенцијал во лабораториските истражувања, неговата комерцијализација сè уште се соочува со некои предизвици:
1. Зрелост на процесот:Во моментов, процесот на производство на циркониум тетрахлорид и неговите деривати сè уште не е целосно зрел, а стабилноста и конзистентноста на производството во голем обем сè уште треба дополнително да се потврдат.
2. Контрола на трошоците:Иако цената на суровините е ниска, во реалното производство треба да се земат предвид факторите на трошоци како што се процесот на синтеза и инвестицијата во опрема.
Прифаќање на пазарот: Литиум железен фосфат и тернарен литиум веќе заземаат голем пазарен удел. Како материјал во развој, циркониум тетрахлорид треба да покаже доволно предности во перформансите и цената за да добие пазарно признание.
Идни перспективи
Циркониум тетрахлоридот и неговите деривати имаат широки перспективи за примена во литиумските батерии. Со континуираниот напредок на технологијата, се очекува неговиот производствен процес дополнително да се оптимизира, а цената постепено ќе се намалува. Во иднина, се очекува циркониум тетрахлоридот да ги надополни материјалите како што се литиум железен фосфат и тернарниот литиум, па дури и да постигне делумна замена во одредени специфични сценарија на примена.
| Ставка | Спецификација |
| Изглед | Бел сјаен кристален прав |
| Чистота | ≥99,5% |
| Zr | ≥38,5% |
| Hf | ≤100 ppm |
| SiO2 | ≤50 ppm |
| Fe2O3 | ≤150 ppm |
| Na2O | ≤50 ppm |
| TiO2 | ≤50 ppm |
| Al2O3 | ≤100 ppm |
Како ZrCl₄ ги подобрува безбедносните перформанси кај батериите?
1. Инхибиција на растот на литиумските дендрити
Растот на литиумските дендрити е една од важните причини за краток спој и термичко бегство на литиумските батерии. Циркониум тетрахлоридот и неговите деривати можат да го инхибираат формирањето и растот на литиумските дендрити со прилагодување на својствата на електролитот. На пример, некои адитиви базирани на ZrCl₄ можат да формираат стабилен интерфејсен слој за да спречат литиумските дендрити да навлезат во електролитот, со што се намалува ризикот од краток спој.
2. Зголемете ја термичката стабилност на електролитот
Традиционалните течни електролити се склони кон распаѓање на високи температури, ослободувајќи топлина, а потоа предизвикувајќи термичко бегство.Циркониум тетрахлориди неговите деривати можат да реагираат со компонентите во електролитот за да ја подобрат термичката стабилност на електролитот. Овој подобрен електролит е потешко да се разгради на високи температури, со што се намалуваат безбедносните ризици на батеријата во услови на висока температура.
3. Подобрете ја стабилноста на интерфејсот
Циркониум тетрахлорид може да ја подобри стабилноста на интерфејсот помеѓу електродата и електролитот. Со формирање на заштитен филм на површината на електродата, може да ги намали страничните реакции помеѓу материјалот на електродата и електролитот, со што се подобрува целокупната стабилност на батеријата. Оваа стабилност на интерфејсот е клучна за спречување на влошување на перформансите и безбедносни проблеми на батеријата за време на полнењето и празнењето.
4. Намалете ја запаливоста на електролитот
Традиционалните течни електролити се генерално многу запаливи, што го зголемува ризикот од пожар на батеријата во услови на злоупотреба. Циркониум тетрахлорид и неговите деривати може да се користат за развој на цврсти електролити или полуцврсти електролити. Овие електролитни материјали генерално имаат помала запаливост, со што значително се намалува ризикот од пожар и експлозија на батеријата.
5. Подобрување на можностите за термичко управување на батериите
Циркониум тетрахлорид и неговите деривати можат да ги подобрат можностите за термичко управување на батериите. Со подобрување на топлинската спроводливост и термичката стабилност на електролитот, батеријата може поефикасно да ја распрснува топлината при работа со големи оптоварувања, со што се намалува можноста за термичко бегство.
6. Спречување на термичко бегство на материјалите од позитивната електрода
Во некои случаи, термичкото бегство на материјалите од позитивната електрода е еден од клучните фактори што доведува до проблеми со безбедноста на батериите. Циркониум тетрахлорид и неговите деривати можат да го намалат ризикот од термичко бегство со прилагодување на хемиските својства на електролитот и намалување на реакцијата на распаѓање на материјалот од позитивната електрода на високи температури.
Време на објавување: 29 април 2025 година