У сьогоднішню енергетичну епоху, літієві акумуляторні батареї, як основні компоненти різних літієвих батарей, стоять на передньому плані технологічних інновацій. Від бурхливої розробки електромобілів до широкої популярності портативних електронних пристроїв та критичної підтримки систем зберігання енергії для стабільності сітки, продуктивність літієвих акумуляторних комірок безпосередньо визначає ефективність усієї системи зберігання та перетворення енергії. Останніми роками, з високим глобальним попитом на чисту енергію та невблаганним прагненням до сталого розвитку, технологія літієвих акумуляторних клітин зазнала вибухових інновацій та проривів, що приносить нові зміни та можливості в енергетичні застосування в різних галузях.
Матеріальні інновації: Відкриття дверей для покращення продуктивності
Диверсифіковане дослідження позитивних електродів матеріалів
Позитивні електроди матеріалів відіграють вирішальну роль у літієвих акумуляторних клітинах, а їх характеристики значною мірою визначають важливі показники, такі як щільність енергії, заряд та розряд та термін експлуатації клітин. Хоча традиційні катодні матеріали оксиду кобальту літію мають високу робочу напругу та щільність енергії, і вони широко використовувались у продуктах ранньої споживчої електроніки, їх масштабне застосування обмежене через дефіцит кобальтових ресурсів, високих цін та певних небезпек для безпеки. Останніми роками потрійні матеріали (нікельський кобальт оксиду марганцю літію NCM, нікельський кобальт оксиду алюмінію Lithium NCA) широко використовуються в полі електромобілів через їх високі переваги щільності енергії. Наприклад, щільність енергії високих нікельських потрійних матеріалів (таких як NCM811) може досягти 200-300 WH\/кг, що значно покращується порівняно з оксидом кобальту літію і значно збільшує діапазон електричних транспортних засобів. У той же час катодні матеріали літію заліза (LFP) продемонстрували сильну конкурентоспроможність в системах зберігання енергії та деяких електромобілів з високими вимогами до безпеки через їх відмінну безпеку, тривалий термін експлуатації та низьку вартість. З безперервним прогресом технологій досліджують модифікацію нових позитивних електродних матеріалів, таких як оксид марганцю літію (LMO) та матеріали, що базуються на літіях, на основі марганцю, також активно вивчають. Очікується, що ці матеріали надалі покращать всебічні показники літієвих акумуляторних батарей у майбутньому та забезпечать більш різноманітний вибір для різних сценаріїв застосування.
Шлях зміни негативних електродів матеріалів
Негативні матеріали електродів також зазнають глибоких змін. Тривалий час графіт був основним матеріалом для негативного електрода літієвих акумуляторів через його хорошу провідність, низький потенціал введення літію та рясні заповідники. Однак теоретична специфічна здатність графіту відносно низька (приблизно 372 мАг\/г), що ускладнює задоволення зростаючого попиту на високу щільність енергії. Щоб подолати це обмеження, негативні електроди на основі кремнію стали дослідницькою точкою. Теоретична специфічна ємність кремнію до 4200 мАг\/г, що більше в десять разів перевищує графіт. Якщо проблема величезного розширення обсягу під час зарядки та розряду може бути ефективно вирішена, це значно покращить щільність енергії літієвих акумуляторних клітин. В даний час стабільність циклу та перша кулолумна ефективність негативних електродних матеріалів на основі кремнію значно покращуються за допомогою технологічних засобів, таких як наноматеріалізація, композитна конструкція матеріалів та композит з іншими матеріалами (наприклад, вуглецевими матеріалами). Наприклад, у деяких компаніях розробили силіконові вуглецеві композитні негативні електроди, які були комерційно застосовані, покращуючи щільність енергії акумуляторних комірок, забезпечуючи при цьому хороший термін експлуатації циклу. Крім того, негативні матеріали літію (LTO) поступово з'являлися в деяких сценаріях застосування, які потребують надзвичайно високої безпеки та терміну експлуатації, таких як енергетичні станції, що зберігають енергію, залізничні транспортні джерела живлення тощо, через їх відмінні продуктивність безпеки та експлуатацію тривалого тривалого циклу.
Оптимізація та модернізація електроліту
Електроліт, як носій транспорту іонів у літієвих акумуляторних клітинах, суттєво впливає на продуктивність зарядки та розрядження, характеристики швидкості та термін експлуатації клітин. Традиційні електроліти в основному складаються з літієвих солей (таких як літієвий гексафлуорофосфат Lipf ₆), органічні розчинники (такі як карбонати) та добавки. Останніми роками, щоб задовольнити потреби розвитку високостільних та високоенергетичних акумуляторів щільності, оптимізація та модернізація електролітів в основному зосереджені на поліпшенні солей літію, розробці нових розчинників та інноваційному застосуванні добавок. З точки зору літієвих солей, дослідники досліджували різні види літій солей, такі як літієвий дифторосульфоніл імід (Lifsi). Порівняно з LIFF ₆, Lifsi має більш високу провідність, кращу термічну та хімічну стабільність, що може ефективно покращити високотемпературні показники та термін експлуатації батарей. З точки зору розчинників, введення нових розчинників з високою точкою кипіння та високими точками спалаху, такими як Sulfone Solvents, може покращити безпеку та високотемпературну стійкість електролітів. У той же час, додавши добавки з різними функціями, такими як добавки, що утворюють плівки, добавки полум'я, захисні добавки тощо, стабільна тверда електролітна інтерфейс (SEI) може бути сформована на поверхні електрода для придушення появи бічних реакцій та покращення безпеки та циклічних показників акумулятора. Наприклад, додавання до електроліту невелику кількість затримок полум'я може значно зменшити ризик запалювання та вибуху акумулятора в умовах високої температури або надмірної зарядки.
Структурні інновації: підвищення ефективності та надійності
Інновації у формі клітин та упаковці
Форма та упаковка форми літієвих акумуляторних батареїв суттєво впливають на їх продуктивність, використання простору та пристосованість до сценаріїв застосування. Поширені форми акумуляторних комірок включають циліндричні, квадратні та м'які упаковки. Циліндричні акумуляторні клітини широко використовувались у ранніх електромобілях та полях зберігання енергії через їх стандартизований процес виробництва, хороші показники розсіювання тепла та високу послідовність. Наприклад, циліндричні батареї, такі як 18650 та 21700, широко використовувались у ранніх моделях Tesla. Однак циліндричні клітини мають проблему використання низького простору при згрупованому разом. Квадратні батареї мають переваги використання простору і можуть краще адаптуватися до різних конструкцій акумуляторних батарей та широко використовуються у масштабних системах зберігання енергії та деяких електромобілів. В останні роки акумуляторні акумуляторні батареї з'явилися в побутовій електроніці, електромобілях високого класу та деяких додатках, які потребують суворого місця та ваги завдяки їх легкій, налаштованій та високій безпеці. Акумуляторні батареї Soft Pack упаковуються з алюмінієво-пластичною плівкою, яка легша за вагою порівняно з металевою упаковкою оболонок і менш схильна до вибуху, коли піддається зовнішньому впливу, що призводить до більшої безпеки. Тим часом акумуляторні батареї Soft Pack можуть бути розроблені в різних формах та розмірах відповідно до різних вимог до застосування, значно покращуючи використання простору та гнучкість дизайну продуктів.
Оптимізація внутрішньої структури та інновації
У внутрішній структурі акумуляторних комірок також було проведено низку інноваційних оптимізацій. Наприклад, для поліпшення продуктивності щільності енергії та розряду заряду акумуляторної комірки було використано комбінацію високоелектричного електрода-матеріалу та негативного електрода на основі кремнію, аростість покриття, щільність ущільнення та структура електродів електрода були оптимізовані для збільшення частки активного матеріалу та зменшення внутрішнього опору акумулятора. У той же час було внесено вдосконалення у виборі та конструкції сепараторів, використовуючи тоншу, більш високу міцність та хороші матеріали для провідності іонів, які можуть зменшити загальну товщину акумулятора, ефективно запобігти позитивним та негативним коротким замиканням та покращити безпеку та термін експлуатації акумулятора. Крім того, деякі нові конструкції внутрішньої структури акумуляторних комірок, такі як використання ламінованих конструкцій замість традиційних звивистих конструкцій, можуть зменшити опір та поляризацію всередині акумуляторних комірок, покращити ефективність зарядки та скидання та стабільність циклу акумулятора. Ламінована конструкція також може зробити розподіл напруги всередині акумуляторної комірки більш рівномірною, зменшити зниження продуктивності, викликані концентрацією напруги, і, таким чином, підвищити загальну надійність акумулятора.
Інновації виробництва: до ефективності, точності та інтелекту
Розширені виробничі процеси підвищують ефективність та якість виробництва
Виробничий процес літієвих акумуляторних батарей має рішучий вплив на їх продуктивність та якість. Останніми роками при розробці інтелекту та автоматизації у виробничій галузі було досягнуто значного прогресу у виробничому процесі літієвих акумуляторних батарей. У процесі підготовки електродів приймаються методи вдосконаленого покриття, такі як щілинне покриття та покриття коми, які можуть досягти більш точного контролю товщини покриття та більш високою швидкістю покриття, підвищення ефективності виробництва та забезпечення рівномірності та узгодженості покриття електродів, тим самим підвищуючи стабільність продуктивності акумулятора. Застосування обладнання для автоматизації в процесі обмотки або ламінування значно покращило ефективність виробництва та якість продукції. Висока точна обмотка обладнання може досягти тісної та рівномірної обмотки шматочків полюсів, зменшити зазори всередині акумулятора та підвищити щільність енергії; Автоматизоване обладнання для укладання може досягти високошвидкісних та високоточних операцій укладання, забезпечуючи вирівнювання та консистенцію укладання та зменшення ризику коротких схем акумуляторів, спричинених поганим укладанням. Крім того, в процесі складання та упаковки використовуються вдосконалені технології зварювання, такі як лазерне зварювання та ультразвукове зварювання, які можуть досягти міцного з'єднання металевих компонентів, покращити герметизацію та надійність акумулятора та зменшити вплив тепла на внутрішні матеріали акумуляторних клітин під час процесу зварювання.
Будівництво інтелектуальної системи виробництва та якості моніторингу
Для задоволення суворої вимоги щодо якості продукції та узгодженості у масштабному виробництві підприємства з виробництва літієвих акумуляторних батарей ввели інтелектуальну технологію виробництва та створили систему моніторингу якості звуку. Розгортаючи велику кількість датчиків та інтелектуальних пристроїв виявлення на виробничій лінії, дані в режимі реального часу збираються під час виробничого процесу, таких як температура, тиск, струм, напруга, товщина покриття, розмір електрода тощо, і ці дані аналізуються та обробляються в режимі реального часу, використовуючи такі технології, як аналіз великих даних та штучний інтелект. Після виявлення аномальних ситуацій під час виробничого процесу система може видавати своєчасні попередження та автоматично регулювати виробничі параметри або зупинити виробництво, щоб уникнути виробництва несправних продуктів. У той же час, використання інтелектуальних виробничих систем для глибокого видобутку та аналізу виробничих даних також може досягти постійної оптимізації та вдосконалення виробничих процесів, підвищення ефективності виробництва та зменшення виробничих витрат. Наприклад, аналізуючи дані про заряд та розряд великої кількості акумуляторних комірок та встановлюючи модель прогнозування продуктивності акумуляторних комірок, потенційні дефектні акумуляторні комірок можна заздалегідь перевіряти, покращуючи загальну якість та надійність продукту. Крім того, інтелектуальні виробничі системи також можуть досягти відстеження у виробничому процесі. Вся інформація про процес кожної акумуляторної комірки від закупівлі сировини до готової доставки продукту записується, що дозволяє легко простежити та усунути проблеми з якості несправностей.