I dagens energidrevne tid er litiumbatterisceller, som kjernekomponentene til forskjellige litiumbatterier, i forkant av teknologisk innovasjon. Fra den blomstrende utviklingen av elektriske kjøretøyer til den utbredte populariteten til bærbare elektroniske enheter, og til kritisk støtte av energilagringssystemer for nettstabilitet, bestemmer ytelsen til litiumbatterisceller direkte effektiviteten til hele energilagrings- og konverteringssystemet. De siste årene, med den skyhøye globale etterspørselen etter ren energi og den nådeløse jakten på bærekraftig utvikling, har litiumbattericelleteknologi opplevd eksplosiv innovasjon og gjennombrudd, noe som gir nye endringer og muligheter til energiapplikasjoner i forskjellige bransjer.
Materiell innovasjon: Åpne døren for forbedring av ytelsen
Diversifisert utforskning av positive elektrodematerialer
Positive elektrode -materialer spiller en avgjørende rolle i litiumbattericeller, og deres egenskaper bestemmer i stor grad viktige indikatorer som energitetthet, ladning og utskrivningsytelse og syklusens levetid for cellene. Selv om tradisjonelle litiumkoboltoksydkatodematerialer har høy arbeidsspenning og energitetthet, og ble mye brukt i tidlig forbrukerelektronikkprodukter, er deres store anvendelse begrenset på grunn av mangel på koboltressurser, høye priser og visse sikkerhetsfarer. De siste årene har ternære materialer (nikkel kobolt manganoksidlitium NCM, nikkel koboltaluminiumoksydlitium NCA) blitt mye brukt i feltet elektriske kjøretøyer på grunn av fordelene med høy energi. For eksempel kan energitettheten til høye nikkel -ternære materialer (for eksempel NCM811) nå 200-300 WH\/kg, som er betydelig forbedret sammenlignet med litiumkoboltoksyd og øker omfanget av elektriske kjøretøyer. Samtidig har litiumjernsfosfat (LFP) katodematerialer vist sterk konkurranseevne i energilagringssystemer og noen elektriske kjøretøyer med høye sikkerhetskrav på grunn av deres utmerkede sikkerhet, lange sykluslevetid og lave kostnader. Med kontinuerlig fremgang av teknologi, undersøkes forskning på modifisering av nye positive elektrodematerialer som litiummanganoksid (LMO) og litiumrike manganbaserte materialer aktivt. Disse materialene forventes å forbedre den omfattende ytelsen til litiumbatterisceller i fremtiden og gi mer forskjellige valg for forskjellige applikasjonsscenarier.
Endringen til endring i negative elektrodematerialer
Negative elektrodematerialer gjennomgår også dyptgripende endringer. I lang tid har grafitt vært mainstream -materialet for den negative elektroden av litiumbatterier på grunn av dets gode ledningsevne, lave litiuminnsettingspotensial og rikelig reserver. Imidlertid er den teoretiske spesifikke kapasiteten til grafitt relativt lav (ca. 372mAh\/g), noe som gjør det vanskelig å dekke den økende etterspørselen etter høy energitetthet. For å overvinne denne begrensningen, har silisiumbaserte negative elektrodematerialer blitt et forskningshotspot. Den teoretiske spesifikke kapasiteten til silisium er så høy som 4200mAh\/g, som er mer enn ti ganger grafitt. Hvis problemet med enorm volumutvidelse under lading og utslipp kan løses effektivt, vil det forbedre energitettheten til litiumbattericeller. For tiden har sykkelstabiliteten og den første kulombiske effektiviteten av silisiumbaserte negative elektrode materialer blitt betydelig forbedret ved teknologiske midler som nanomaterialisering, sammensatt materialdesign og sammensatt med andre materialer (for eksempel karbonmaterialer). Noen selskaper har for eksempel utviklet silisiumkarbonkompositt negative elektromaterialer som har blitt brukt kommersielt, noe som forbedrer energitettheten til batterisceller, samtidig som det sikrer god syklusens levetid. I tillegg har litiumtitanat (LTO) negative elektrodematerialer gradvis dukket opp i noen applikasjonsscenarier som krever ekstremt høy sikkerhet og syklus levetid, for eksempel energilagring av strømstasjoner, jernbanetransportmennsmak.
Optimalisering og oppgradering av elektrolytt
Elektrolytt, som bærer for ionetransport i litiumbatterisceller, har en betydelig innvirkning på lading og utskrivning av ytelse, hastighetsegenskaper og syklusens levetid. Tradisjonelle elektrolytter er hovedsakelig sammensatt av litiumsalter (for eksempel litiumheksafluorofosfat Lipf ₆), organiske løsningsmidler (for eksempel karbonater) og tilsetningsstoffer. De siste årene, for å imøtekomme utviklingsbehovene for høyspenning og høyenergitetthetsbatterier, har optimalisering og oppgradering av elektrolytter hovedsakelig fokusert på forbedring av litiumsalter, utvikling av nye løsningsmidler og den innovative anvendelsen av tilsetningsstoffer. Når det gjelder litiumsalter, har forskere undersøkt forskjellige nye typer litiumsalter, for eksempel litiumdifluorosulfonyl imide (LIFSI). Sammenlignet med Liff ₆, har LIFSI høyere ledningsevne, bedre termisk og kjemisk stabilitet, noe som effektivt kan forbedre høye temperaturens ytelse og syklus levetid. Når det gjelder løsningsmidler, kan det å introdusere nye løsningsmidler med høye kokepunkter og høye blitzpunkter, for eksempel sulfonoppløsningsmidler, forbedre sikkerhets- og høye temperaturstabiliteten til elektrolytter. Samtidig, ved å legge til tilsetningsstoffer med forskjellige funksjoner, for eksempel filmdannende tilsetningsstoffer, flammehemmende tilsetningsstoffer, tilsetningsstoffer for overladning, etc., kan en stabil fast elektrolyttgrensesnitt (SEI) -film dannes på elektrodeoverflaten for å undertrykke forekomsten av sidereaksjoner og forbedre sikkerheten og sykle ytelsen til batteriet. For eksempel kan tilsetning av en liten mengde flammehemmende tilsetningsstoffer til elektrolytten redusere risikoen for tenning og eksplosjon under høy temperatur eller overladningsforhold betydelig.
Strukturell innovasjon: Forbedre ytelse og pålitelighet
Innovasjon i celleform og emballasjeform
Formen og emballasjeformen til litiumbatterisceller har en betydelig innvirkning på ytelsen, romutnyttelsen og tilpasningsevnen til applikasjonsscenarier. De vanlige formene på batterisceller inkluderer sylindrisk, firkantet og myk pakke. Sylindriske batterisceller ble mye brukt i tidlige elektriske kjøretøyer og energilagringsfelt på grunn av deres standardiserte produksjonsprosess, god varmeforvaltningsytelse og høy konsistens. For eksempel ble sylindriske batterisceller som 18650 og 21700 mye brukt i tidlige Tesla -modeller. Imidlertid har sylindriske celler et problem med utnyttelse av lav plass når de er gruppert sammen. Firkantede batterisceller har fordeler innen utnyttelse av plass og kan bedre tilpasse seg forskjellige batteripakkeutforminger, og har blitt mye brukt i storskala energilagringssystemer og noen elektriske kjøretøyer. De siste årene har batterisceller fra myke pakker dukket opp i forbrukerelektronikk, high-end elektriske kjøretøyer og noen applikasjoner som krever streng plass og vekt på grunn av deres lette, tilpassbare og høye sikkerhetsfunksjoner. Battericeller for mykt pakke er pakket med aluminiumsplastisk film, som er lettere i vekt sammenlignet med metallskallemballasje, og mindre utsatt for eksplosjon når den utsettes for ytre påvirkning, noe som resulterer i høyere sikkerhet. I mellomtiden kan batterisceller for mykt pakke utformes i forskjellige former og størrelser i henhold til forskjellige applikasjonskrav, noe som forbedrer romutnyttelse og produktdesignfleksibilitet.
Intern strukturoptimalisering og innovasjon
En serie innovative optimaliseringer er også blitt utført i den indre strukturen til batteriscellene. For eksempel, for å forbedre energitettheten og ladningsutladningsytelsen til batteriscellen, ble en kombinasjon av høyt nikkel-positivt elektrodemateriale og silisiumbasert negativ elektrode materiale brukt, og beleggets tykkelse, komprimeringstetthet og elektrodestrukturdesign av elektroden ble optimalisert for å øke proporsjonen av aktivt materiale og redusere den indre motstanden til elektroden. Samtidig har det blitt gjort forbedringer i valg og utforming av separatorer, ved bruk av tynnere, høyere styrke og gode ioneledningsevne -separatormaterialer, noe som kan redusere den generelle tykkelsen på batteriet, effektivt forhindre positive og negative kortslutninger, og forbedre batteriets sikkerhet og syklus. I tillegg kan noen nye indre strukturdesign av batterisceller, for eksempel bruk av laminerte strukturer i stedet for tradisjonelle svingete strukturer, redusere motstanden og polarisasjonen inne i batteriscellene, forbedre lading og utladningseffektivitet og sykkelstabilitet til batteriet. Den laminerte strukturen kan også gjøre spenningsfordelingen inne i batterisellen mer ensartet, redusere ytelsesforringelsen forårsaket av stresskonsentrasjon og dermed forbedre den generelle påliteligheten til batteriet.
Produksjonsprosessinnovasjon: Mot effektivitet, presisjon og intelligens
Avanserte produksjonsprosesser forbedrer produksjonseffektiviteten og kvaliteten
Produksjonsprosessen til litiumbatterisceller har en avgjørende innvirkning på ytelsen og kvaliteten. De siste årene, med utvikling av intelligens og automatisering i produksjonsindustrien, har det blitt gjort betydelige fremskritt i produksjonsprosessen til litiumbattericeller. I elektrodeforberedelsesprosessen blir avanserte beleggsteknikker som spaltebelegg og kommabelegg tatt i bruk, noe som kan oppnå mer presis beleggstykkelse og høyere belegghastighet, forbedre produksjonseffektiviteten og sikre enhetligheten og konsistensen av elektrodebelegg, og forbedrer dermed ytelsesstabiliteten til batterisellen. Bruken av automatiseringsutstyr i viklings- eller lamineringsprosessen har forbedret produksjonseffektiviteten og produktkvaliteten kraftig. Høyt presisjonsutstyr kan oppnå tett og jevn vikling av polstykker, redusere hullene i batterisellen og forbedre energitettheten; Automatisert stablingsutstyr kan oppnå høyhastighets og høye presisjonsoppleggende operasjoner, sikre justeringen og konsistensen av stabelen, og redusere risikoen for kortslutning av batteri forårsaket av dårlig stabling. I tillegg brukes avanserte sveiseteknologier som lasersveising og ultralydsveising i monterings- og emballasjeprosessen til batterisceller, som kan oppnå en fast tilkobling av metallkomponenter, forbedre tetningen og påliteligheten til batteriet og redusere effekten av varme på de interne materialene til batteriscellene under sveisingsprosessen.
Bygging av intelligent produksjons- og kvalitetsovervåkingssystem
For å oppfylle de strenge kravene til produktkvalitet og konsistens i storstilt produksjon, har litiumbattericelleproduksjonsbedrifter introdusert intelligent produksjonsteknologi og bygget et lydkvalitetsovervåkingssystem. Ved å distribuere et stort antall sensorer og intelligente deteksjonsenheter på produksjonslinjen, blir sanntidsdata samlet inn under produksjonsprosessen, for eksempel temperatur, trykk, strøm, spenning, beleggtykkelse, elektrodestørrelse, etc., og disse dataene blir analysert og behandlet i sanntid ved bruk av teknologier som Big Data-analyse og kunstig intelligens. Når unormale situasjoner er oppdaget under produksjonsprosessen, kan systemet gi rettidig advarsler og automatisk justere produksjonsparametere eller stoppe produksjonen for å unngå produksjon av mangelfulle produkter. Samtidig kan bruk av intelligente produksjonssystemer for dyp gruvedrift og analyse av produksjonsdata også oppnå kontinuerlig optimalisering og forbedring av produksjonsprosesser, forbedre produksjonseffektiviteten og redusere produksjonskostnadene. For eksempel ved å analysere ladnings- og utladningsdataene til et stort antall batterisceller og etablere en prediksjonsmodell for batterisceller, kan potensielle mangelfulle batterisceller screenes på forhånd, noe som forbedrer den generelle kvaliteten og påliteligheten til produktet. I tillegg kan intelligente produksjonssystemer også oppnå sporbarhet i produksjonsprosessen. Hele prosessinformasjonen til hver batteriscelle fra råstoffinnkjøp til ferdig produktlevering registreres, noe som gjør det enkelt å raskt spore og feilsøke kvalitetsproblemer.