Tesla patentiert NCA-Elektrode für die 1-Millionen-Meilen-Batterie

Eva Fox von Eva Fox April 24, 2020

Tesla Patents NCA Electrode For The 1 Million-Mile Battery

Tesla hat die neue "Einkristall" -NCA-Elektrode patentiert, die wahrscheinlich in seiner neuen Batteriezelle verwendet wird, die langlebiger und billiger sein wird.

Die Patentanmeldung "Verfahren zur Synthese von Nickel-Kobalt-Aluminium-Elektroden" wurde am 18. Oktober 2019 eingereicht und am 23. April 2020 veröffentlicht.
Erfinder:
  • LI, Hongyang; CA.
  • LI, Jing; CA.
  • DAHN, Jeffery Raymond; CA.

Das Patent beschreibt Verfahren zur Herstellung von Elektroden zur Verwendung in wiederaufladbaren Batterien unter Verwendung von zwei Lithiierungsschritten, einschließlich eines ersten Lithiierungsschritts, der bei höheren Temperaturen als der zweite Lithiierungsschritt durchgeführt wird. Das Patent betrifft wiederaufladbare Batteriesysteme und insbesondere Verfahren zur Herstellung von Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) -Elektroden für solche Systeme sowie die Herstellung wiederaufladbarer Batteriezellen und insbesondere die Bildung wiederaufladbarer Batterien Zellen nach dem Zusammenbau und Testen.

Wiederaufladbare Batterien sind ein wesentlicher Bestandteil von Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge und für die Netzspeicherung. Viele wiederaufladbare Batteriesysteme verwenden Lithiumverbindungen für eine oder beide Elektroden. In solchen Systemen werden Elektroden aus Lithiumverbindungen als integraler Bestandteil des Batteriesystems verwendet.

Standardverfahren zur Herstellung von Elektroden zur Aufnahme in wiederaufladbare Batteriesysteme umfassen ein Standard-NCA-Lithiierungsverfahren und ein Standard-Einkristall-NMC-Lithiierungsverfahren. Dies hat mehrere Nachteile, die zur Herstellung von Materialien mit schlechteren elektrochemischen Eigenschaften führen.

Tesla entwickelte seine Methoden zur Herstellung von Elektroden für den Einbau in ein wiederaufladbares Batteriesystem. Das Patent lautet:

Diese Offenbarung umfasst Verfahren zur Herstellung von Elektrodenmaterialien zur Verwendung in wiederaufladbaren Batterien. Das vorliegende Verfahren ermöglicht die Herstellung von Einkristall-NCA-Materialien ohne Verunreinigungen, die zu einer "toten Masse" in Elektroden führen. Eine Mischung aus NCA (OH) 2 und LiOHeThO wird mit einem Li: OM-Verhältnis von weniger als 1,0 hergestellt. Es ist zu beachten, dass das Li: OM-Verhältnis das Verhältnis der Lithiummenge im lithiierten Material zur Menge anderer Metalle im lithiierten Material ist. Diese Mischung wird zuerst auf eine Temperatur erhitzt, die groß genug ist, um ein Einkristallwachstum zu ermöglichen. Da das Li: OM-Verhältnis weniger als 1,0 beträgt, wird die Bildung von L15 AIO4 vermieden. Da jedoch das Li: OM-Verhältnis kleiner als 1,0 ist, ist das Produkt Lii-z (Nii-x-yCoxAly) i + zO2 mit z> 0. Solche Materialien haben schlechte elektrochemische Eigenschaften, es sei denn, z ist sehr nahe Null. Bei einer zweiten Erwärmung wird eine kleine Menge überschüssigen Li, q, zugegeben, so dass: q> z die zweite Erwärmung niedriger als die der ersten Erwärmung gewählt wird, so dass sich das Li: OM-Verhältnis im Endprodukt 1,0 nähert und dass Es wird kein L15AIO4 erstellt. Auf diese Weise kann verunreinigungsfreies Einkristall-NCA erzeugt werden.

Zu den offenbarten Verfahren gehören ein erster Lithiierungsschritt, ein Lithium und eine andere Metallkomponente liegen in einem ersten Lithium / anderen Metall-Verhältnis von weniger als 1,0 vor und werden bei einer Temperatur zwischen 800 und 950ºC für einen Zeitraum zwischen 1 und 1 gesintert 24 Stunden, um ein erstes lithiiertes Material zu erhalten. Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Lithiierungsschritt, wobei ein Lithium und eine andere Metallkomponente in einem zweiten Lithium / anderen Metall-Verhältnis vorliegen und weiter entlang des ersten lithiierten Elektrodenmaterials eine Zeit lang mit zusätzlichem LiOHTLO bei zwischen 650 und 760 ° C gesintert wird Zeitraum zwischen 1 und 24 Stunden, um ein zweites lithiiertes Material zu erhalten. "

Verfahren zur Herstellung einer Elektrode zur Verwendung in wiederaufladbaren Batterien, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

  • Ein erster Lithiierungsschritt, eine erste Lithiumkomponente und eine andere Metallkomponente liegen in einem ersten Lithium / anderen Metall-Verhältnis von weniger als 1,0 vor und werden bei einer Temperatur zwischen 800 und 950ºC für einen Zeitraum zwischen 1 und 24 Stunden gesintert ein erstes lithiiertes Material zu erhalten;
  • In einem zweiten Lithiierungsschritt wird das erste lithiierte Material mit einer zusätzlichen Lithiumkomponente zwischen 650 und 760 ° C für einen Zeitraum zwischen 1 und 24 Stunden gesintert, um ein zweites lithiiertes Material mit einem Gesamtverhältnis von Lithium zu anderem Metall zu erhalten. und
  • Bilden einer Lithiumelektrode aus dem zweiten lithiierten Material.

FEIGE. 5 zeigt den Prozentsatz an Nickel in der Lithiumschicht (bestimmt durch Verfeinerung des Röntgenprofils unter Verwendung des Rietveld-Verfahrens) nach den zweiten Lithiierungsreaktionen für die erste Lithiierungsreaktion bei 875 ° C mit einem Li / OM-Verhältnis von 0,95 und anschließender zweiter Lithiierung Reaktionen und das Ergebnis einer ersten Lithiierungsreaktion bei 850 ° C mit einem Li / OM-Verhältnis von 0,975 und nachfolgenden zweiten Lithiierungsreaktionen. Es ist erwünscht, den Prozentsatz an Ni in der Lithiumschicht so gering wie möglich zu halten.

Durch neue Elektroden kann Tesla wahrscheinlich eine bessere Energiedichte als NMC-Batterien erzielen.

Die Fortschritte des Unternehmens bei der Entwicklung einer 1-Millionen-Meilen-Batterie sind deutlich sichtbar. Tesla, der seine Batterien seit mehreren Jahren entwickelt und kürzlich mit dem Testen begonnen hat (das Unternehmen hat den Prototyp der Zelle bereits im Rahmen des geheimen Projekts Roadrunner getestet), wird wahrscheinlich etwas Erstaunliches präsentieren Batterietag, die in naher Zukunft stattfinden soll.

Ausgewählte Bildquelle: chargedevs




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