I prosessen med å akselerere den globale overgangen til ren energi, blir viktigheten av energilagringssystemer som en nøkkelkobling for å balansere energiforsyning og etterspørsel og forbedre kraftstabiliteten stadig mer fremtredende. Litiumbatterier, med fordelene med høy energitetthet, lang syklusens levetid og lav selvutladning, har blitt mainstream -teknologien innen energilagring. Med kontinuerlig innovasjon av materialvitenskap og produksjonsprosesser, fortsetter de å oppnå resultatgjennombrudd og injiserer sterk drivkraft i utviklingen av energilagringsindustrien.
1 Materiell innovasjon driver ytelsesforbedring
(1) Transformasjonen av positive elektrodematerialer utvider den øvre grensen for energitetthet
Tidlig energilagring Litiumbatterier brukte ofte litiumjernfosfat (LFP) som det positive elektrodematerialet, som har høy sikkerhet og lang syklusens levetid, men energitettheten er relativt lav, noe som begrenser den totale kapasiteten til energilagringssystemet. De siste årene har høye nikkel -ternære materialer som NCM811 og NCA dukket opp, noe som forbedrer energitettheten til batterier med høyere nikkelinnhold, og når 200-300 WH\/kg, som er omtrent 50-100% høyere enn tradisjonelt litiumjern -fosfatmaterialer. Imidlertid utgjør høye nikkel -ternære materialer utfordringer når det gjelder sikkerhet og termisk stabilitet. For dette formål har forskere effektivt forbedret den strukturelle stabiliteten og forbedret sikkerhet for materialer gjennom overflatebelegg, doping av element og andre modifikasjonsbehandlinger. For eksempel kan belegg overflaten til NCM811-materiale med et lag aluminiumoksyd (Al ₂ O3) undertrykke den strukturelle faseovergangen til materialet under lading og utskrivning, redusere risikoen for termisk løp og forbedre sikkerhets- og syklingsytelsen i batteriet i miljøer med høyt temperatur.
Samtidig kombinerer litiummanganjernsfosfat (LMFP) materiale, som et gryende positivt elektrodemateriale, sikkerheten til litiumjernfosfat med høyspenningsegenskapene til litiummanganoksid. Den teoretiske energitettheten kan overstige 200Wh\/kg, og det forventes å forbedre energitettheten og samtidig opprettholde kostnadsfordelen og sikkerheten til litiumjernfosfat, og bli en viktig utviklingsretning for positive elektrotematerialer i fremtidige energilagringslitiumbatterier.
(2) Oppgradering av negative elektrodematerialer for å optimalisere den omfattende ytelsen til batterier
Tradisjonelle grafitt -negative elektrode -materialer er mye brukt i litiumbatterier på grunn av deres rikelig reserver, lave kostnader og lavt litiuminnsettingspotensial. Imidlertid er den teoretiske spesifikke kapasiteten bare 372mAh\/g, noe som er vanskelig å dekke den videre etterspørselen etter høy energitetthet i energilagringssystemer. Silisiumbaserte materialer, som en ny generasjon av negative elektrodematerialer, har en teoretisk spesifikk kapasitet på opptil 4200 mAh\/g, som er mer enn 10 ganger den for grafitt og har blitt et forskningshotspot. Imidlertid gjennomgår silisiumbaserte materialer betydelig volumutvidelse (opptil 300% -400%) under lading og utladingsprosess, noe som fører til materiell pulverisering og skade på elektrodestruktur, og påvirker dermed batterisyklusens levetid. For å løse dette problemet har forskere fremstilt silisiumkarbonkomposittmaterialer ved å spredte nano -silisiumpartikler jevnt i en karbonmatrise, ved å bruke fleksibiliteten til karbonmaterialer for å buffere volumendringen av silisium og forbedre konduktiviteten til materialet. For eksempel kan silisiumkarbonkompositt negativ elektrodemateriale fremstilt ved kjemisk dampavsetningsmetode oppnå en sykluslevetid på over 1000 ganger, samtidig som den sikrer høy spesifikk kapasitet, noe som forbedrer den totale ytelsen til batteriet betydelig. I tillegg har litiumtitanat (LTO) negativ elektrode -materiale blitt mye brukt i energilagringsscenarier med ekstremt høye krav til sikkerhet og syklus levetid på grunn av den utmerkede sikkerhetsytelsen, hurtiglading og utskrivningsytelse, og ultra lang syklusliv (opptil 10000 ganger eller mer). Imidlertid er energitettheten relativt lav, omtrent 120-180 WH\/kg, som begrenser den store kampanjen. Ytterligere innsats er nødvendig for å forbedre ytelsen gjennom optimalisering av materialstruktur og andre midler.
2 Optimalisere produksjonsprosesser for å forbedre batterikvaliteten
(1) Forbedring av elektrodeforberedelsesprosess forbedrer batterikonsistensen
Elektrodeforberedelse er et avgjørende trinn i produksjonen av litiumbatterier, og dets teknologiske nivå påvirker direkte konsistensen av batteriets ytelse. Den tradisjonelle elektrodebeleggingsprosessen har problemer som ujevn beleggtykkelse og inkonsekvent partikkelfordeling, noe som resulterer i forskjellige reaksjonshastigheter i forskjellige deler av batteriet under lading og utslipp, noe som påvirker den totale ytelsen og levetiden til batteriet. De siste årene, med utvikling av høye presisjonsbeleggingsprosesser som spaltebelegg og overføringsbelegg, kan presis kontroll av elektrodebeleggstykkelse oppnås, med avvik kontrollert innen ± 2 μ m, og effektivt forbedre enhetligheten og konsistensen av elektrodebelegg. Samtidig blir avansert rulleteknologi tatt i bruk for nøyaktig å kontrollere parametere som rulletrykk og hastighet, som tett kan ordne elektrodematerialpartikler, forbedre elektrodekomprimeringstettheten og derved forbedre batterienergitettheten. For eksempel, på en storstilt energilagringslitiumbatteri-produksjonslinje, økte bruken av spaltebelegg og høypresisjonsrullepressingsteknologi energitettheten til batteriet med 10%-15%, og kapasitetskonsistensavviket for den samme batteriet var mindre enn 1%, forbedret stabiliteten og påliteligheten av energilagringen.
(2) Batteriemontering og emballasjeteknologi sikrer batterisikkerhet
Batteriemontering og emballasjeprosess er avgjørende for å sikre sikkerhet og levetid for litiumbatterier. I prosessen med batteritjeneste introduseres automatisk lasersveiseteknologi. Sammenlignet med tradisjonell motstandssveising, har lasersveising fordelene med smal sveisesøm, liten varmepåvirket sone og høy sveisestyrke. Det kan oppnå sammenheng av høy kvalitet mellom batteriterminaler og samleskinner, redusere kontaktmotstanden, redusere varmefenomenet med batterier under lading og utslipp og forbedre batterisikkerheten. I emballasjeprosessen brukes høye barrierematerialer og avanserte tetningsteknikker, for eksempel aluminium-plast kompositt filmemballasjeteknologi, for å effektivt forhindre ytre urenheter som fuktighet og oksygen fra å komme inn i batteriet, unngå korrosjon, hevelse og andre problemer og forlenge batteriets levetid. I tillegg integrerer noen avanserte energilagringslitiumbatterier også temperatur, trykk og andre sensorer inne i pakken for å overvåke den interne statusen til batteriet i sanntid. Når det oppstår abnormiteter, kan beskyttende tiltak iverksettes på en riktig måte for å forbedre batterisikkerheten ytterligere.
3 Intelligent oppgradering av batteriledelsessystem
(1) Nøyaktig overvåking og kontroll forbedrer batteriets ytelse
Batteriadministrasjonssystemet (BMS), som "hjernen" av litiumbatterier, spiller en avgjørende rolle i energilagringssystemer. Den nye generasjonen BMS vedtar sensorer med høy presisjon og avanserte algoritmer, som kan overvåke nøkkelparametere som batterispenning, strøm, temperatur, ladetilstand (SOC) og helsetilstand (SOH) i sanntid og nøyaktig. For eksempel ved å bruke Kalman -filtreringsalgoritmen for å behandle batterispenning og strømdata, kan nøyaktigheten av SOC -estimering forbedres til innen ± 3%, noe som gir nøyaktig grunnlag for batterilading og utslippskontroll. Samtidig administrerer BMS intelligent lading og utladning av batterier basert på overvåkningsdata, dynamisk justering av ladestrømmen og spenningen for å unngå overlading og overdislading, og effektivt forlenget batterisyklusens levetid. I en stor energilagringsstasjon har adopsjonen av Intelligent BMS forlenget syklusens levetid for litiumbatterier med 20% -30%, noe som reduserer drifts- og vedlikeholdskostnadene for energilagringssystemet.
(2) Pålitelighetsforbedringssystem for feildiagnose og tidlig advarsel
Intelligente BMS har kraftige feildiagnose- og advarselsfunksjoner. Gjennom en grundig analyse av data om batteridrift kan potensielle feilfarer for batteriet oppdages på en riktig måte, og advarsler kan utstedes på forhånd. Ved å bruke maskinlæringsalgoritmer for å lære og trene historiske batteridata, kan det for eksempel etableres en prediksjonsmodell for batterifeil. Når batteriet opplever abnormiteter, kan modellen raskt bestemme typen og alvorlighetsgraden av feilen, gi nøyaktig feildiagnoseinformasjon for drifts- og vedlikeholdspersonell, legge til rette for rettidig vedlikeholdstiltak og unngå utvidelse av feilen. I tillegg kan BMS også utveksle data med overvåkningsplattformen til energilagringssystemet, laste opp sanntids batteristatusinformasjon til skyen, og drifts- og vedlikeholdspersonell kan se batteridriftsstatus når som helst og hvor som helst gjennom mobilapper eller datamaskinterminaler, oppnå fjernovervåking og styring og forbedring av påliteligheten og drift og vedlikeholdseffektiviteten til energilagringssystemet.