¿Por qué Apple utiliza óxido de cobalto y litio como material catódico para las baterías de litio?

El óxido de litio y cobalto (LCO) siempre ha sido el material catódico principal de las baterías de litio para dispositivos móviles de alta gama. Impulsada por la fuerte demanda de iPhones y iPads de Apple, la producción anual de LCO ha crecido de manera constante en los últimos años y todavía encabeza la lista de materiales catódicos, y este patrón será difícil de cambiar en los próximos años. LCO se ha ido desarrollando desde su industrialización en 1990 y todavía se está mejorando y perfeccionando en la actualidad. Es el caso más clásico en la historia del desarrollo de materiales para baterías de litio. La mayor contribución de Apple al desarrollo de baterías de litio es explorar plenamente el potencial de alto voltaje del LCO, dando a los "expertos" en la obsoleta teoría del reemplazo del LCO una bofetada contundente.

Desde el LCO de alto voltaje inicial (presión 4.1, 4.1 V completamente cargado, 145 mAh/g de capacidad) hasta el LCO de alto voltaje de primera generación en el iPhone4 (4.2 V completamente cargado, 155 mAh/g de capacidad) , al LCO de alto voltaje de segunda generación (aplicado al IPhone5). 1,65 mAh/g de capacidad y superior), y el sistema LCO de alto voltaje de tercera generación (4,4 V de potencia total, cerca de 1,75 mAh/g de capacidad) que se está desarrollando y mejorando. Aunque el voltaje límite superior de carga solo aumenta 0,1 V cada vez, pocos fabricantes nacionales de materiales catódicos tienen la acumulación técnica y el progreso detrás de esto.

La primera etapa de la modificación de 4,2 V es relativamente fácil y el principio es principalmente una modificación dopante. Hace tres o cuatro años las empresas extranjeras se industrializaron. El proceso de segunda etapa de 4,3/4,4 V es más difícil y requiere una combinación de dopaje corporal y revestimiento de superficie. Por lo tanto, se desarrolló el concepto de "cátodo aislado" y algunas grandes empresas del mundo han logrado la industrialización.

Los principales elementos metamórficos del LCO de alta presión incluyen Mg, Al, Ti, Zr, etc., que básicamente han sido publicados, pero los mecanismos de acción de diferentes elementos son diferentes. La clave de la tecnología LCO de alta gama radica en qué elementos están dopados, cómo y en qué medida están dopados. De manera similar, la dificultad del recubrimiento de superficies es, en primer lugar, qué tipo de recubrimiento elegir y, en segundo lugar, qué tipo de método de recubrimiento utilizar y cuánto cubrir. El dopaje y el recubrimiento en seco son actualmente la corriente principal, pero algunas empresas también realizan modificaciones en húmedo en la etapa precursora. De acuerdo con los diferentes requisitos de dopaje y recubrimiento, la optimización de la temperatura, el proceso de sinterización y el proceso de retratamiento de la superficie son las tecnologías centrales para la producción de LCO a alta presión. Los fabricantes deben elegir rutas técnicas apropiadas en función de su propia acumulación de tecnología y condiciones económicas.

El material del cátodo utilizado en la batería de litio del IPad4 es diferente al utilizado en el IPone5. El iPhone utiliza LCO de alta presión con partículas grandes de 20 micrones y el iPad utiliza una mezcla de LCO de alta presión y NMC532 con un tamaño de partículas de 10 micrones (la proporción de mezcla es 6:4). ¿Por qué son diferentes los materiales del iPhone5 y del iPad4? El alto voltaje de operación/apagado de los teléfonos móviles y la búsqueda de una alta densidad de energía hacen que el LCO de alta gama sea una opción inevitable para el iPhone5. El margen de beneficio del iPad no es tan alto como el del iPhone. Puede elegir materiales híbridos de menor costo y utilizar NMC para liberar mayor capacidad mientras reduce el voltaje de apagado, matando dos pájaros de un tiro.

La densidad de energía real de las baterías de litio del iPad4 y el IPone5 es casi cercana a 230wh/Kg. Precisamente porque el iPad reduce el voltaje de apagado, la capacidad de NMC se puede utilizar por completo en un rango de voltaje más bajo. LCO y NMC no se mezclan simplemente físicamente, sino que se mezclan y luego se someten a una breve sinterización secundaria a una temperatura más baja (600 ~ 700 °C). Debido a la difusión mutua de elementos, el problema de producción de gas de NMC en el material mezclado se suprime hasta cierto punto, también se mejora la vida útil de almacenamiento a altas temperaturas y también se mejora la seguridad del LCO, lo que puede atribuirse a la efecto sinérgico. Por lo tanto, no es difícil entender que el iPad4 utiliza un voltaje de carga límite superior de 4,35 V...

La patente para LCO de alto voltaje fue solicitada por la empresa canadiense FMC, pero FMC en realidad no produjo LCO. , pero transfirió la propiedad de la patente Se otorgó a Umicore en Bélgica y luego se otorgó una licencia indirecta a varias empresas en todo el mundo. Ninguna empresa nacional ha adquirido una licencia para utilizar las patentes de la FMC y no se ha publicado ninguna patente relevante. Debido a consideraciones de propiedad intelectual, Apple ha designado materiales para varios fabricantes de baterías de litio, y los fabricantes nacionales de materiales catódicos están básicamente excluidos de la cadena de suministro de Apple. Por supuesto, la industria nacional de teléfonos inteligentes y tabletas se ha desarrollado rápidamente en los últimos dos años. Si se trata sólo del mercado interno y no hay exportación, todavía hay espacio para el LCO de alto voltaje de producción nacional. Que las LCO de alto nivel puedan desarrollarse a nivel nacional depende de si las industrias nacionales de teléfonos inteligentes y tabletas pueden realmente competir con Apple y Samsung.