1 základný materiálový systém
Pozitívny elektródový materiál
Tri materiály prvkov (NCM\/NCA):
Nikel (NI) zvyšuje kapacitu, kobalt (CO) stabilizuje štruktúru a mangán\/hliník (Mn\/Al) zvyšuje bezpečnosť. Vysoký obsah niklu (napríklad NCM811, NCA) je trendom, ale výzva tepelnej stability je významná.
Technické ťažkosti: Ak je obsah niklu väčší ako 90%, existujú významné problémy s životnosťou cyklu a výrobou plynu.
Fosforečnan litiu (LFP):
Vysoká bezpečnosť a nízke náklady, ale nízka hustota energie (~ 160Wh\/kg). Byd Blade batérie sú typickou štrukturálnou inováciou, ktorá zlepšuje vodivosť prostredníctvom nanotechnológie a povlaku uhlíka.
Bohatá lítium mangánska základňa:
Teoretická kapacita je vyššia ako 300 mAh\/g, ale problémy útlmu napätia a nízkym prvým účinkom sa zostávajú vyriešené.
Negatívny materiál
Grafit:Riešenie hlavného prúdu, špecifická kapacita ~ 372 mAh\/g, blízko teoretického limitu.
Negatívna elektróda založená na kremíku: theoretical capacity reaches 4200mAh/g, but volume expansion (>300%) vedie k zlej cyklistike. Roztok zahŕňa kompozit uhlíka nano kremíka a konštrukciu pórovej štruktúry.
Negatívna elektróda lítium:Potenciálna možnosť pre batérie v pevnom stave, ale problém dendritu je závažný.
Elektrolyt
Kvapalný elektrolyt:Hlavnou zložkou je lítium hexafluórfosfát (LIPF6) a na zlepšenie filmu SEI sú potrebné prísady, ako sú VC a FEC.
Elektrolyty v tuhom stave:Oxid (LLZO), sulfid (LGP) a polymér (PEO), s iónovou vodivosťou (10 ⁻³ ~ 10 ⁻² s\/cm) a impedanciou rozhrania sú kľúčové prekážky.
Bránica
Trend základného filmu polyolefínu (PE\/PP) je riedenie (<10 μ m)+ceramic coating to enhance heat resistance. The uniformity of pore size in wet process is better than that in dry process.
2 Návrh štruktúry buniek
Valcové bunky batérií (napríklad 21700, 4680)
Tesla 4680 prijíma návrh tabuľky, čo znižuje vnútorný odpor o 50%, ale proces zvárania plné pólových ušných laserov je zložitý.
Batériová bunka v tvare štvorca
Stohovanie (CATL) vs vinutie (BYD), stohovanie má o 5% vyššiu hustotu energie, ale nižšiu účinnosť výroby. Technológia CTP (Cell to Pack) eliminuje moduly a dosahuje zoskupujúcu účinnosť viac ako 75%.
Batériová bunka
Hliníkové plastové obaly, ľahké, ale so zlámi mechanickou pevnosťou. Platforma General Motors Ultium prijíma „flexibilný“ dizajn.
3 kľúčové body výrobného procesu
Elektródový náter:Odchýlka z konzistencie povrchovej hustoty by mala byť menšia ako ± 1,5%a suché elektródy (napríklad kvantumscape) môžu eliminovať rozpúšťadlá.
Stlačenie polárneho valca:Hustota zhutňovania ovplyvňuje difúziu iónov a grafitové negatívne elektródy sú zvyčajne 1. 6-1. 8g\/cm ³.
Injekcia a formovanie:Po vákuovej injekcii vyžaduje tvorba filmu SEI viacstupňové nabíjanie a vybíjanie (napríklad 0. 02C pomalé nabíjanie).
Ovládanie sušenia:Obsah vlhkosti by mal byť menší ako 500 ppm, aby sa zabránilo hydrolyzovaniu LipF6 a generovaniu HF.
4 Prielom v špičkovej technológii
Ultra vysoká nikel pozitívna elektróda:Monokryštalický+gradient doping (ako je AL\/Mg) zlepšuje stabilitu.
Zberateľ zloženia prúdu:Substrát PET+Copper\/Hliníkový povlak (napríklad CATL), zníženie hmotnosti o 40% a zlepšenie bezpečnosti.
Technológia pred litiáciou:Pozitívna suplementácia lítia (Li ₂ NIO ₂) alebo lítium fólie na elektródu na kompenzáciu straty prvého účinku.
Suchá elektróda:Akvizícia spoločnosti Maxwell spoločnosti TESLA podporuje procesy bez rozpúšťadla, čím sa zníži spotreba energie o 80%.
5 výziev a trendov
Hustota energie:Teoretická limit tekutých batérií je okolo 350 the\/kg, zatiaľ čo batérie v pevnom stave môžu prekročiť 500Wh\/kg.
Technológia rýchleho nabíjania:Silikónový negatívny elektróda+supravodivový elektrolyt môže byť nabíjaný na 80% za 15 minút, ale riziko zrážok lítia je potrebné potlačiť.
Recyklačná ekonomika:Účinnosť vlhkého regenerácie kobaltu a niklu je vyššia ako 98%, ale na recykláciu batérií LFP je potrebné vyvinúť nízkonákladové roztoky.
6 Z pohľadu priemyselného reťazca
Vybavenie:Presnosť poťahového stroja dosahuje ± 1 μm a rýchlosť vinutia stroja je väčšia ako 3 m\/s (vedúca inteligentná).
Cena:Bunky batérií LFP boli znížené na<80/kWh, while ternary battery cells are around 100/kWh.