Na pozadí globálneho prechodu na energiu sa lítiové batériové bunky, ako základná jednotka na skladovanie energie, stali kľúčovou hnacou silou pre vývoj nového energetického priemyslu prostredníctvom technologických inovácií. Od inovácií materiálových systémov po optimalizáciu štrukturálneho dizajnu a potom až po vylepšenia výroby procesov, bunky lítium batérie prechádzajú komplexnými technologickými prielommi, čím neustále rozširujú svoje hranice výkonnosti tak, aby uspokojili rastúci dopyt po trhu.
Materiál inovácia: Pretvorenie základného kameňa výkonu batériových buniek
Pozitívny elektródový materiál: pokročilá cesta vysokej niklovej ternárnej a lítiumfosforečnanu
Vysoké niklové ternárne materiály zaberajú dôležitú pozíciu v poliach s vysokou energetickou dopytom, ako sú elektrické vozidlá, vďaka svojej výhode s vysokou hustotou energie. So nárastom obsahu niklu, ako je vývoj a aplikácia NCM811 (Nickel Cobalt mangánový pomer 8: 1: 1) a ešte vyššie materiály na pomer niklu, sa hustota energetiky batériových buniek významne zlepšila. Problémy s tepelnou stabilitou spôsobené vysokým niklom však nemožno ignorovať. Vedci zlepšili materiál NCM811 metódami, ako je doping prvku a povrchový povlak. Napríklad vrstva oxidu hlinitého (AL ₂ O3) je potiahnutá na povrchu materiálu NCM811, účinne potláča štrukturálny fázový prechod a miešanie lítium niklu pri vysokých teplotách, zvyšuje tepelnú stabilitu a zvyšuje rýchlosť zachovania kapacity z 70% na viac ako 85% v testoch cyklovania s vysokým obsahom tepelného tela.
Materiál lítiumfosforečnanu (LFP) sa široko používa pri skladovaní energie a niektoré energetické polia s relatívne nízkymi požiadavkami na hustotu energie vďaka svojej vynikajúcej bezpečnosti, životnosti dlhých cyklov a nákladových výhod. V posledných rokoch sa výrazne zlepšila elektronická vodivosť a miera difúzie lítium iónov v oblasti LFP a hustota energie sa do určitej miery zlepšila aj použitím nanomateriálov, povlaku uhlíka a nových vodivých prísad. Nové batériové bunky LFP vyvinuté niektorými podnikmi majú hustotu energie presahujúcej 200 th\/kg, pričom sa blíži k úrovni niektorých ternárnych batériových buniek a životnosť cyklu viac ako 8000 -krát, čím sa ďalej konsoliduje ich konkurencieschopnosť na konkrétnych trhoch.
Záporný materiál elektród: Kompozit na báze kremíka a grafitový kompozit otvára novú kapitolu
Tradičné grafitové negatívne elektródové materiály už nie sú schopné splniť vyššie prenasledovanie hustoty energie z batérií. Materiály založené na kremíku sa stali výskumným hotspotom kvôli ich ultra vysokej teoretickej špecifickej kapacite (až 4200 mAh\/g, asi 10-násobok kapacity grafitu). Kremík však počas procesu nabíjania a vybíjania podlieha významnému expanzii objemu (až 300%), čo vedie k poškodeniu štruktúry elektród a rozkladu rýchleho kapacity. Na vyriešenie tohto problému sa objavili negatívne materiály z kompozitných elektród kremíka. Rovnomerným dispergovaním kremíkových nanočastíc v grafitovej matrici a pomocou špeciálneho procesu poťahovania sa zmenu objemu kremíka účinne zmierňuje. Niektoré podniky dosiahli hromadnú výrobu a aplikáciu materiálov z kompozitných elektród s uhlíkom kremíka a energetická hustota batériových buniek vybavených týmto materiálom sa zvýšila o 15% {{5}%, čím poskytovala uskutočniteľnú cestu na dosiahnutie lítiových batérií s vysokou energetickou hustotou.
Inovácia konštrukcie: Zlepšenie komplexného výkonu batériových buniek
Bez modulu (CTP) a transformácia štruktúry batérie čepele
Technológia bez modulu (CTP) eliminuje tradičnú viacvrstvovú štruktúru batériových buniek na moduly a potom do balíkov batérií a integruje batériové bunky priamo do batérie, čo výrazne zlepšuje využitie priestoru a hustotu energie batérie. Napríklad systém batérie CTP v určitom podniku znížil počet komponentov o 40%, zvýšil objemovú hustotu energie o 15%{{3}%, zvýšenú účinnosť výroby o 50%a znížené výrobné náklady. Čepeľové batérie sú špeciálny typ štruktúry dlhých a tenkých buniek, ktorá dosahuje vysoké využitie priestoru a zlepšuje bezpečnosť priamym usporiadaním viacerých buniek v tvare čepele do batérie. Batérie čepele počas testovania ihlových vpichov nevypália ani nefajčia, výrazne lepšie ako tradičné valcové a štvorcové bunky, čím prinášajú kvalitatívny skok do bezpečnostného výkonu elektrických vozidiel.
Optimalizácia a modernizácia laminovaných a rany
Bunky naskladanej štruktúry fungujú dobre vo vysoko výkonných aplikáciách v dôsledku ich veľkej kontaktnej plochy medzi elektródovými plachtami a nízkym vnútorným odporom. Nový laminovací proces prijíma automatizované a vysoko presné vybavenie na zlepšenie efektívnosti a konzistencie laminovania a znižuje kolísanie kvality spôsobených manuálnymi operáciami. Medzitým sa môže optimalizovať počet naskladaných vrstiev a veľkosti elektród, výkon batérie sa môže ďalej vylepšiť. Bunka batérie rany má výhody v procese zrelosti a účinnosti výroby. Zlepšením vinutia a parametrov procesu, ako je napríklad použitie tenších separátorov a elektródových listov, je možné zlepšiť presnosť vinutia, čo vedie k zvýšeniu hustoty energie a životnosti cyklu batériovej bunky. Niektoré spoločnosti kombinujú laminované štruktúry a rany, aby sa vyvinula hybridné batériové bunky, ktoré kombinujú výhody oboch a vyhovujú potrebám rôznych scenárov aplikácií.
Výrobné inovácie: zabezpečenie kvality a konzistentnosti buniek
Digitalizácia a inteligentná výroba zvyšuje presnosť výroby
Digitálne a inteligentné technológie sa vo výrobnom procese lítiových batérií široko používajú. Automatizované riadenie a monitorovanie údajov v reálnom čase sa dosiahli vo všetkých fázach, od dávky surovín, poťahovania elektród, vinutia\/laminácie po zostavu buniek, vstrekovanie kvapaliny a chemická premena. Vytvorením digitálneho modelu je možné presne kontrolovať kľúčové parametre, ako je teplota, tlak, vlhkosť, hrúbka povlaku a napätie vinutia vo výrobnom procese, aby sa zabezpečila konzistentnosť kvality produktu. Napríklad inteligentné zariadenie na nátery využíva senzory na monitorovanie hrúbky povlaku v reálnom čase a automaticky upravuje parametre potiahnutia prostredníctvom systémov riadenia spätnej väzby, udržiava chyby hrúbky potiahnutia v rámci ± 2 μm, čo výrazne zlepšuje kvalitu elektród a zlepšuje celkový výkon a spoľahlivosť buniek batérií.
Pokročilá testovacia technológia zaisťuje kvalitu batériových buniek
Aby sa zabezpečila vysoká kvalita lítiových batérií, prechádza pokročilá technológia testovania celým výrobným procesom. V procese testovania surovín sa röntgenová difrakcia (XRD), skenovacia elektrónová mikroskopia (SEM) a ďalšie metódy používajú na analýzu mikroštruktúry a zloženia pozitívnych a negatívnych elektródových materiálov, elektrolytov atď., Aby sa zabezpečilo, že kvalita surovín spĺňa normy. Počas výrobného procesu batériových buniek sa na monitorovanie parametrov elektrického výkonu buniek v reálnom čase používajú vysokohorský odpor, kapacita, prístroj na meranie indukčnosti a testery vnútorného odporu batérie. V štádiu testovania hotového produktu sa vykonáva komplexné vyhodnotenie batériových buniek pomocou systémov testovania nabíjania a výboja, zrýchlených zariadení na testovanie starnutia, testovacích zariadení s tepelným útekom atď., Na vyšetrenie výrobkov s vynikajúcim výkonom. Zároveň sa zavádzajú analýzy veľkých dát a algoritmy umelej inteligencie do hlbokých údajov o detekcii mínov, dosiahnutia kvalitnej sledovateľnosti a prediktívnej údržby výrobného procesu, účinne znižujú mieru defektov produktu a zlepšujú efektívnosť výroby podnikovej výroby a ekonomické výhody.