Японская компания Asahi Kasei объявила о разработке новой технологии предварительного добавления лития в высоковольтные литий-ионные аккумуляторы с отрицательными электродами на основе кремния. Технология призвана уменьшить постоянную потерю емкости, которая обычно происходит во время первого цикла зарядки и разрядки, одновременно повышая плотность энергии и снижая стоимость кремнийсодержащих аккумуляторов.
Метод основан на использовании карбоната лития в качестве дополнительного источника лития. Этот материал относительно недорог и уже широко применяется в индустрии литий-ионных аккумуляторов, однако его использование для предварительного добавления лития было затруднено, поскольку напряжение его разложения значительно выше обычного номинального рабочего диапазона аккумуляторных ячеек.
Как работает технология?
Asahi Kasei использует специальные добавки в электролите, чтобы способствовать разложению карбоната лития при обычных напряжениях ячеек стандартных литий-ионных аккумуляторов. Карбонат лития предварительно добавляется в положительный электрод в качестве жертвенного источника лития, а затем разлагается во время первоначальной зарядки, снабжая ячейку литием.
Значимость этого этапа заключается в решении известной проблемы отрицательных электродов из кремния: при первой зарядке такие электроды необратимо теряют значительную часть своей емкости. Обычно для компенсации этой потери требуется использовать большее количество активного материала в положительном электроде, что увеличивает расход материалов и стоимость.
Результаты испытаний и производственный потенциал
Во время внутренних испытаний ячейки типа NMC, то есть с никелем, марганцем и кобальтом, содержащей отрицательный электрод, состоящий на 90% из графита и на 10% из оксида кремния, технология обеспечила увеличение плотности энергии на 10%. Компания также заявила, что увеличила ресурс циклов зарядки и разрядки, одновременно снизив стоимость одного ватт-часа.
Согласно материалу, технология не требует значительных изменений существующих производственных линий аккумуляторов и, как ожидается, сможет применяться с широким спектром систем материалов положительных и отрицательных электродов. Это делает разработку актуальной для производителей аккумуляторов, стремящихся постепенно внедрять кремний в отрицательные электроды без полной реконструкции производственных линий.
Что меняется на практике?
Если результаты подтвердятся в независимых испытаниях и в условиях промышленного производства, технология может помочь увеличить количество энергии, запасаемой в ячейке, и сократить объем положительных материалов, необходимых для компенсации первоначальной потери. Однако Asahi Kasei не объявляла о выпуске готового коммерческого продукта, а сообщила, что будет работать с клиентами по всему миру над проведением оценок подтверждения концепции (PoC) и изучением практических применений.
Компания планирует лицензировать технологию и предлагать гибкие форматы сотрудничества, соответствующие этапу разработки каждого клиента. Этот шаг является частью инициативы Technology-value Business Creation (TBC) в рамках ее среднесрочного управленческого плана, направленной на превращение нематериальных активов, таких как патенты, экспертиза, данные и алгоритмы, в ценность посредством, в частности, лицензирования.
Asahi Kasei планирует заключить не менее 10 новых лицензионных соглашений в течение 2025–2027 финансовых годов, обеспечив совокупный вклад в прибыль в размере 10 млрд иен или более примерно к 2030 году.