Li-ion baterija nova tehnologija

Nova tehnologija Li-ion baterije: fokus na velike cilindre, duge jezgre i druge mogućnosti inovacije

1. Razvoj baterije: ultra-brzo punjenje, sigurnost i druge performanse su glavni smjer; usredotočite se na velike cilindre, dugačke ćelije i druge strukturne inovacije

1.1 Trendovi performansi baterije: raspored tvornice baterija visokog omjera energije, ultrabrzo punjenje i sigurnost i druge tehničke upute

Ningde Time, BYD i druge osnovne tvornice baterija idu u smjeru visokog omjera energije, super brzog punjenja i sigurnosnih tehnologija baterije, a put realizacije uključuje strukturne inovacije, inovacije materijala itd.

    Ningde Times, vodeća tvornica baterija, postavila je šest smjerova kao što su visok omjer energije, super brzo punjenje i istinska sigurnost, a vrste tehnologija uključuju strukturnu inovaciju, inovaciju materijala i inovaciju upravljanja. Prema službenoj web stranici Ningde Timesa, možemo vidjeti da je Ningde Times postavio šest smjerova strukturalne inovacije, inovacije materijala i inovacije upravljanja, a to su visoka specifična energija, dugi vijek trajanja, ultrabrzo punjenje, istinska sigurnost, samopouzdanje kontrola temperature i inteligentno upravljanje. Uzmimo super brzo punjenje kao primjer, Ningde Time super brzo punjenje odnosi se na najbržih 5 minuta do 80% punjenja, u smislu strukture, usvojeni su višegradijentni stup i metoda s više ušiju, konkretno:① višegradijentni polni dio: reguliranjem distribucije gradijenta porozne strukture polarnog dijela, gornji sloj strukture visoke poroznosti, donji sloj strukture čvrste gustoće visokog tlaka, savršeno uzimajući u obzir dvostruku jezgru visoke gustoće energije i super brzo punjenje;② multi-ear: razvoj višedimenzionalnog prostora (2) Višeslojni: razvoj višedimenzionalne svemirske tehnologije koja uvelike poboljšava trenutni kapacitet nosivosti polarnog dijela i probija tehničko usko grlo visokog porasta temperature baterije ćelija tijekom 500A izravnog punjenja.

1.2 Nova vrsta baterija/struktura inovacije: velike cilindrične, duge ćelije, itd. su važne smjernice rasporeda za tvornice baterija

Pročešljali smo oblik baterija, napredak masovne proizvodnje, indeks performansi i povoljne karakteristike velikih tvornica baterija, koje aktivno postavljaju nove oblike baterija kao što su veliki cilindri i dugačke ćelije. Uzmimo Honeycomb Energy kao primjer, druga generacija njegove laminirane duge tanke ćelije L600 završila je razvoj i očekuje se da će postići masovnu proizvodnju u Q3 2022; u pogledu indeksa performansi, kapacitet pojedinačne ćelije L600 povećan je na 196 Ah, gustoća energije veća je od 185 wh/kg, a gustoća energije volumena veća je od 430 wh/L, što ima prednosti kao što su visoka kompatibilnost, visoka prilagodljivost, visoka sigurnost i dug život.

(2) Velike cilindrične baterije: Tesla, BAK, EVERLIGHT i druge tvornice baterija postavljaju velike cilindrične baterije. Uzmimo Teslu kao primjer, baterija 4680 koristi katodni materijal s visokim sadržajem nikla + silicij ugljik i tehnologiju ušica bez elektroda, s gustoćom energije od 300 Wh/kg, kapacitet baterije je 5 puta veći od trenutnog rješenja 2170, a izlazna snaga je 6 puta veći. Osim toga, ima prednosti u gustoći energije, snazi ​​i učinkovitosti punjenja.

2. Veliki cilindrični: očekuje se porast primjene lasera; visoki zahtjevi za preciznošću opreme

2.1 Velika cilindrična baterija: Uzmimo Teslu 4680 kao primjer, tehničke inovacije kao što su suha elektroda i držač bez elektrode vrijedni su pažnje

Prema radu, cilindrična baterija 4680 daljnja je strukturna inovacija cilindrične baterije iz manjih 1865 do 2170. U usporedbi s prethodno korištenom baterijom 2170, baterija 4680 značajno smanjuje proizvodnju topline, rješava problem disipacije topline visoke gustoće energije ćelija i povećava vršnu snagu punjenja i pražnjenja, što u konačnici čini bateriju 4680 5 puta većom energijom i 6 puta većom snagom od baterije 2170, uz smanjenje troškova za 14% i povećanje dometa za 16%.

Što se tiče strukturnih inovacija i proizvodnog procesa, 4680 ima tri glavne tehnološke inovacije u usporedbi s prethodnim baterijama - proces suhe elektrode, lugless (all lug) i CTC tehnologiju - što je rezultiralo nižim troškovima proizvodnje ćelija i većim poboljšanjima performansi. Uzmimo tehnologiju bez ušica kao primjer, dizajn ćelija 4680 pretvara cijeli kolektor u ušice, vodljivi put više ne ovisi o ušicama, a prijenos struje mijenja se od poprečnog prijenosa duž ušica do ploče kolektora u uzdužni prijenos u kolektora, čime se otpor smanjuje na 2 mΩ a potrošnja unutarnjeg otpora od 2W do 0.2W.

2.2 Proces suhe elektrode: niska cijena u usporedbi s tradicionalnim mokrim postupkom, srž leži u formulaciji elektrode i opremi za ekstruziju filma

Maxwellova tehnologija suhe elektrode prikladna je za trenutnu kemiju litijskih baterija i napredne nove materijale elektroda, u procesu proizvodnje ne koristi se otapalo i može se proširiti na proizvodnju od role do role, a temeljna tehnologija je formulacija elektrode i stvaranje filma oprema za ekstruziju.

(1) Prema radu "Tehnologija premazivanja suhe elektrode" Hieu Duonga, Joona Shina i Yudija Yudija, Maxwellova tehnologija suhe elektrode sastoji se od tri koraka: (i) miješanje suhog praha, (ii) oblikovanje praha u tanki sloj, (iii ) tanko prevlačenje i skupljanje tekućine, sva tri koraka su bez otapala. Maxwellov postupak suhe elektrode skalabilan je prema trenutnim kemijskim sastavima litij-ionskih baterija i naprednim novim materijalima baterijskih elektroda; konkretno, Maxwellov vlastiti suhi postupak koristi se za miješanje praha kako bi se dobila konačna praškasta mješavina aktivnih materijala, veziva i vodljivih dodataka, koja se ekstrudira i kalandrira kako bi se formirala. -obloženi elektrodni film koji se također može motati u role. Na kraju, tanki sloj elektrode se stisne zajedno s kolektorskom tekućinom kako bi se formirala elektroda baterije.

(2) Što se tiče prednosti, prema radu "Tehnologija premazivanja suhe elektrode" Hieu Duonga, Joona Shina i Yudija Yudija, postupak Maxwellove suhe elektrode može se primijeniti na klasične i napredne materijale baterija i može se proširiti na reel-to - proizvodnja koluta u usporedbi s tradicionalnim mokrim elektrodama. (3) U smislu temeljne tehnologije, prema Battery World Online, temeljna tehnologija Maxwellovog procesa suhe elektrode je formulacija elektrode i tehnologija i oprema za ekstruziju koja stvara film.

Osim toga, suhe elektrode mogu se izraditi različitim metodama kao što su pulsirajući laser i taloženje raspršivanjem, koje zahtijevaju dodatni postupak žarenja filma u usporedbi s postupcima mokre i Maxwell suhe elektrode. Prema radu "Proizvodnja elektroda bez otapala za litij-ionske baterije" Brandona Ludwiga, Zhangfeng Zhenga, Wan Shoua, Yan Wanga i Heng Pana, za razliku od procesa pripreme mokre elektrode, suhe elektrode mogu se proizvesti taloženjem pulsirajućim laserom. Proces suhe elektrode može se postići različitim metodama kao što su pulsni laser i taloženje raspršivanjem, koje ne zahtijeva sušenje, ali zahtijeva dodatno žarenje tankog filma zbog visoke temperature uzrokovane pulsnim laserskim taloženjem. Postupak pripreme elektrode predložen u ovom radu je sljedeći.

(1) Postupak pripreme mokre elektrode① Postupak lijevanja paste: elektrode litijskih baterija izrađuju se lijevanjem paste (koja sadrži aktivni materijal u otapalu, vodljivi ugljik i vezivo) na metalni kolektor. Najčešće vezivo je PVDF (prethodno otopljen u otapalu NMP), a dobivena kaša se miješa i izlije na kolektor, koji se mora osušiti da ispari otapalo da bi se proizvela suha porozna elektroda. Sušenje traje dugo, obično 12-24 sati na 120stupanjC. Također, budući da je NMP skup i zagađuje, mora se instalirati sustav za oporabu za oporavak isparenog NMP-a tijekom procesa sušenja (dodavanje značajnih kapitalnih ulaganja).

Taloženje elektrostatskim raspršivanjem na bazi otapala: Materijal elektrode nanosi se na kolektor pomoću elektrostatskog taloženja raspršivanjem na bazi otapala, tj. taloženi materijal se raspršuje u mlaznici i nanosi na kolektor; elektrode konstruirane na ovaj način pokazuju slična svojstva kao i elektrode lijevane u mulj, sa sličnim nedostatkom što zahtijeva intenzivan proces sušenja koji također zahtijeva vrijeme i energiju (2 sata na 400stupanjC). Litijske baterije također se proizvode tehnikom raspršivanja, pri čemu se svaki sklop elektroda raspršuje na željenu površinu pomoću premaza na bazi NMP-a, koji još uvijek zahtijeva isparavanje otapala.

(2) Postupak pripreme suhe elektrode postiže se različitim metodama kao što su pulsirajući laser i taloženje raspršivanjem. Pulsno lasersko taloženje postiže se fokusiranjem lasera na metu koja sadrži materijal koji se taloži, a nakon što laser pogodi metu, materijal isparava i taloži se na kolektoru; iako se ne koristi otapalo, naneseni film mora izdržati temperature od 650-800stupanjC, dok taloženje magnetronskim raspršivanjem može smanjiti potrebnu temperaturu žarenja na 350stupanjC. Ova metoda je reprezentativna za proizvodnju elektroda sa suhim ćelijama, ali brzina taloženja je spora i zahtijeva žarenje na visokoj temperaturi.

Proces suhe elektrode jeftiniji je od tradicionalnog mokrog postupka, uglavnom u smislu troškova rada, ulaganja u opremu i prostora u pogonu. Prema radu "Proizvodnja elektroda bez otapala za litij-ionske baterije" Brandona Ludwiga, Zhangfeng Zhenga, Wan Shoua, Yan Wanga i Heng Pana, na primjer, scenarij dizajna baterije 1. Na primjer, proizvodnja suhe elektrode je 21,6% , 14,2%, odnosno 13,1% manje u izravnom radu, troškovima opreme i površini pogona od proizvodnje mokrih elektroda, uz pretpostavku da se proizvodi 100000 ćelija godišnje.

2.3 Tehnologija Lugless (all-lug): smanjenje unutarnjeg otpora baterije, povećanje volumena laserskog zavarivanja, visoki zahtjevi za preciznošću opreme

(all-ear) tehnologija može značajno smanjiti otpor i potrošnju unutarnjeg otpora baterije. Prema članku Yulong Zhaoa "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) Tradicionalna cilindrična baterija: pozitivna i negativna bakrena folija i dijafragma od aluminijske folije su naslagane i namotane, a žica za navođenje (ušica) je zavarena na svakom kraju bakra. folija i aluminijska folija za odvođenje elektrode. (2) 4680 baterija: cijeli kolektor je pretvoren u ušicu, vodljivi put više ne ovisi o ušici, struja se prenosi od poprečnog prijenosa duž ušice do kolektora na uzdužni prijenos kolektora, cijeli vodljivi duljina se mijenja s 800-1000 mm duljine bakrene folije 1860 ili 2170 na Cijela vodljiva duljina mijenja se s 800-1000 mm duljine bakrene folije 1860 ili 2170 na 80 mm (visina ćelije), što smanjuje otpor do 2mΩ a potrošnja unutarnjeg otpora od 2W do 0.2W, red veličine niža.

Strukturne značajke dizajna: kontaktna/vodljiva površina ušice na jednom kraju ćelije jednaka je/veća od kolektora. Prema Teslinom "lugless" patentu koji citira GaoGong Lithium službeni WeChat javni broj, opisuje barem jednu elektrodu kao lugless baterijski nosač, konkretno: 1) Donja razina jezgre: kraj kolektora ostaje bijel i nije presvučen s pozitivnim/negativnim materijalima, gdje se dio kolektora može shvatiti kao generalizirana papučica, Tesla. Ključ dizajna "bez lugova" je da je vodljivo područje papučice potpuno isto kao i kolektor, ili čak područje kontakta papučice i vodljivo područje su veće od područja vodljivosti kolektora kroz dizajn raznolike strukture pokrova; 2) gornja razina jezgre: ako se koristi samo jedna elektroda bez rješenja s ušicom, gornji kraj je i dalje isti kao kod dizajna jezgre 18650, 21700. Prema analizi patenta, samo jedan kraj spoja bez ušica može postići učinak smanjenja unutarnjeg otpora za 5 puta.

(1) Proizvodni proces: Prema službenom WeChat javnom broju Automotive Materials Network, koji je citiran u Automotive Home, postoje dva proizvodna procesa za indukcijske ušice, tj. prvo rezanje, a zatim namotavanje, i prvo namotavanje, a zatim lasersko brizganje. rezanje, konkretno:① Prvo rezanje pa namotavanje: Preciznim proračunom materijal se prije motanja reže na mnogo dijelova. Kada namot postigne zadanu energiju, izvodi se zavarivanje. Lasersko izrezivanje nakon namotavanja: materijal se namotava izravno bez obzira na širinu i veličinu, a lasersko izrezivanje se vrši na višku materijala nakon postizanja zadane energije, što zahtijeva visoku preciznost.

(2) Zahtjevi za opremu: Prema službenom WeChat javnom broju Automotive Materials Network, pozivajući se na informacije Auto House i GaoGong Lithium WeChat javnog broja, iz perspektive proizvodne opreme, postoje velike promjene u tri aspekta pod tehnologijom ne -polarna ušica (potpuno polarna ušica), posebno:① postupak premazivanja: određeni zakrivljeni oblik potpuno polarnog držača uzrokuje veće zahtjeve za preciznošću opreme, a bijeli prostor na vanjskom prstenu bit će sve veći od bijelog prostora na unutarnjem prstenu;② oprema za rezanje: zahtjevi za proces laserskog rezanja su veći. (2) oprema za rezanje: viši zahtjevi za proces laserskog rezanja i praznine u nalijeganju sloja materijala zbog neravnih reznih rubova; (3) lasersko zavarivanje: broj zavarenih spojeva kod laserskog točkastog zavarivanja svih ušica povećan je za više od pet puta u usporedbi s 21700. Konkretno, prema postupku zavarivanja, na primjer, prema Zhao Yulongovom radu "Power Battery 4680 full skeniranje tehnologije lug" sadržaj, potpuni spoj papučice i kolektorske ploče ili školjke, zahtjevi za tehnologiju laserskog zavarivanja su veći, konkretno, od tradicionalnog točkastog zavarivanja s dvije papučice do zavarivanja pune površine papučice, postupak zavarivanja i volumen zavarivanja postali su veći, intenzitet lasera i žarišnu duljinu nije lako kontrolirati, lako zavariti kroz spaljenu unutrašnjost jezgre ili bez zavarivanja;. Osim toga, neke tvrtke predlažu korištenje patenta za prešanje umjesto zavarivanja za kolektor struje.

Uzimamo Teslinu CTC tehnologiju kao primjer i analiziramo je na sljedeći način: 1) Za razliku od paketa baterija 2170 koji se sastoji od četiri modula, paket baterija 4680 usvaja CTC tehnologiju i paket baterija djeluje kao osnovna ploča vozila. Prema službenoj web stranici InsideEVs, iz poprečnog presjeka novog paketa baterija Model Y strukture prikazanog na obilasku tvornice Giga Berlin u listopadu 2021., paket baterija 4680 izravno eliminira dizajn modula i usvaja CTC tehnologiju, koja je gusto raspoređena u šasija vozila, tj. dno modela Y opremljenog baterijom 4680 je izdubljena i baterija djeluje kao donji dio vozila. Baterija služi kao podvozje. Suprotno tome, baterija 2170 u modelu Y ima četiri modula - dva kratka modula i dva duga modula. A naša kompanija za litij u svemiru također se temelji na tehnologiji velikih cilindričnih baterija i majstorstvo je također daleki lider:http://www.optimum-china.com