No contexto da transição de energia global, as células da bateria de lítio, como a unidade de armazenamento de energia do núcleo, tornaram -se uma força motriz chave para o desenvolvimento da nova indústria de energia por meio da inovação tecnológica. Desde a inovação do sistema material até a otimização do projeto estrutural e, em seguida, até as atualizações do processo de fabricação, as células da bateria de lítio estão passando por avanços tecnológicos abrangentes, expandindo constantemente seus limites de desempenho para atender à crescente demanda do mercado.
Inovação material: remodelando a pedra angular do desempenho das células da bateria
Material de eletrodo positivo: o caminho avançado do níquel ternário e fosfato de ferro de lítio
Os materiais ternários de alto níquel ocupam uma posição importante em campos de demanda de alta energia, como veículos elétricos devido à sua vantagem de alta densidade de energia. Com o aumento do teor de níquel, como o desenvolvimento e a aplicação do NCM811 (rácio de manganês de níquel cobalto 8: 1: 1) e materiais ainda mais altos da proporção de níquel, a densidade de energia das células da bateria foi significativamente melhorada. No entanto, os problemas de estabilidade térmica causados pelo alto níquel não podem ser ignorados. Os pesquisadores melhoraram o material NCM811 por meio de métodos como doping de elementos e revestimento de superfície. Por exemplo, uma camada de óxido de alumínio (AL ₂ O3) é revestida na superfície do material NCM811, suprimindo efetivamente a transição de fase estrutural e a mistura de níquel de lítio em altas temperaturas, aumentando a estabilidade térmica e aumentando a taxa de retenção de capacidade da bateria de 70% a 85% em testes de alta temperatura.
O material de fosfato de ferro de lítio (LFP) é amplamente utilizado em armazenamento de energia e alguns campos de energia com requisitos de densidade de energia relativamente baixos devido à sua excelente segurança, vida útil longa do ciclo e vantagens de custo. Nos últimos anos, a condutividade eletrônica e a taxa de difusão de íons de lítio dos materiais LFP foram significativamente melhorados, e a densidade de energia também foi melhorada até certo ponto através do uso de nanomateriais, revestimento de carbono e novos aditivos condutores. As novas células da bateria LFP desenvolvidas por algumas empresas têm uma densidade de energia superior a 200wh\/kg, aproximando -se do nível de algumas células ternárias de bateria e uma vida útil de mais de 8000 vezes, consolidando ainda mais sua competitividade em mercados específicos.
Material de eletrodo negativo: baseado em silício e composto de grafite abre um novo capítulo
Os materiais de eletrodo negativo de grafite tradicionais não são mais capazes de atender à maior busca da densidade de energia das células da bateria. Os materiais à base de silício tornaram-se um ponto de pesquisa de pesquisa devido à sua capacidade específica teórica ultra-alta (até 4200mAh\/g, cerca de 10 vezes a da grafite). No entanto, o silício passa por expansão significativa de volume (até 300%) durante o processo de carregamento e descarga, levando ao dano da estrutura do eletrodo e à rápida decaimento da capacidade. Para resolver esse problema, surgiram materiais de eletrodos negativos compostos de carbono de silício. Ao dispersar uniformemente nanopartículas de silício em uma matriz de grafite e usando um processo de revestimento especial, a mudança de volume do silício é efetivamente aliviada. Algumas empresas alcançaram a produção de massa e a aplicação de materiais de eletrodo negativo composto de carbono de silício, e a densidade de energia das células da bateria equipada com esse material aumentou 15% -20%, fornecendo um caminho viável para alcançar baterias de lítio de alta densidade de energia.
Inovação do projeto estrutural: melhorando o desempenho abrangente das células da bateria
Módulo livre (CTP) e transformação da estrutura da bateria da lâmina
A tecnologia sem módulo (CTP) elimina a estrutura tradicional de várias camadas das células da bateria para os módulos e depois para as baterias e integra as células da bateria diretamente à bateria, melhorando bastante a utilização do espaço e a densidade de energia da bateria. Por exemplo, o sistema de bateria CTP de uma determinada empresa reduziu o número de componentes em 40%, aumentou a densidade de energia volumétrica em 15%-20%, aumentou a eficiência da produção em 50%e reduziu os custos de fabricação. As baterias das lâminas são um tipo especial de estrutura celular longa e fina que atinge a utilização de alto espaço e a segurança aprimorada, organizando diretamente várias células em forma de lâmina em uma bateria. As baterias da lâmina não se acendem ou fumam durante os testes de punção por agulha, significativamente melhores que as células cilíndricas e quadradas tradicionais, dando um salto qualitativo para o desempenho de segurança dos veículos elétricos.
Otimização e atualização de estruturas laminadas e feridas
As células da estrutura empilhada têm um bom desempenho em aplicações de alta potência devido à sua grande área de contato entre folhas de eletrodo e baixa resistência interna. O novo processo de laminação adota equipamentos automatizados e de alta precisão para melhorar a eficiência e a consistência da laminação e reduzir as flutuações de qualidade causadas por operações manuais. Enquanto isso, ao otimizar o número de camadas empilhadas e o tamanho do eletrodo, o desempenho da célula da bateria pode ser melhorado. A célula da bateria da estrutura da ferida tem vantagens na maturidade do processo e na eficiência da produção. Ao melhorar o equipamento de enrolamento e os parâmetros do processo, como o uso de separadores mais finos e folhas de eletrodo, a precisão do enrolamento pode ser melhorada, resultando em um aumento na densidade de energia e na vida útil da célula da bateria. Algumas empresas combinam estruturas laminadas e feridas para desenvolver células de bateria de estrutura híbrida, que combinam as vantagens de ambos e atendem às necessidades de diferentes cenários de aplicação.
Innovação do processo de fabricação: garantindo a qualidade e consistência celular
Digitalização e fabricação inteligente aumentam a precisão da produção
As tecnologias digitais e inteligentes são amplamente utilizadas no processo de fabricação de células de bateria de lítio. O controle automatizado e o monitoramento de dados em tempo real foram alcançados em todos os estágios, desde lotes de matéria-prima, revestimento de eletrodo, enrolamento\/laminação até montagem de células, injeção de líquido e conversão química. Ao estabelecer um modelo digital, os principais parâmetros como temperatura, pressão, umidade, espessura do revestimento e tensão enrolada no processo de produção podem ser controlados com precisão para garantir a consistência na qualidade do produto. Por exemplo, o equipamento de revestimento inteligente utiliza sensores para monitorar a espessura do revestimento em tempo real e ajustar automaticamente os parâmetros de revestimento por meio de sistemas de controle de feedback, mantendo os erros de espessura do revestimento dentro de ± 2 μm, melhorando bastante a qualidade do eletrodo e aumentando o desempenho geral e a confiabilidade das células da bateria.
A tecnologia de teste avançada garante a qualidade das células da bateria
Para garantir a alta qualidade das células da bateria de lítio, a tecnologia de teste avançada passa por todo o processo de produção. No processo de teste de matéria-prima, a difração de raios-X (DRX), a microscopia eletrônica de varredura (SEM) e outros métodos são usados para analisar a microestrutura e a composição de materiais de eletrodo positivos e negativos, eletrólitos etc., para garantir que a qualidade das matérias-primas atenda aos padrões. Durante o processo de produção de células da bateria, resistência de alta precisão, capacitância, instrumentos de medição de indutância e testadores de resistência interna da bateria são usados para monitorar os parâmetros de desempenho elétrico das células em tempo real. No estágio de teste de produto acabado, a avaliação abrangente de desempenho das células da bateria é realizada usando sistemas de teste de carga e descarga, equipamentos de teste de envelhecimento acelerados, dispositivos de teste em fuga térmica, etc., para exibir produtos com excelente desempenho. Ao mesmo tempo, a análise de big data e os algoritmos de inteligência artificial são introduzidos nos dados de detecção de minas profundamente, alcançam rastreabilidade de qualidade e manutenção preditiva do processo de produção, reduzem efetivamente as taxas de defeitos do produto e melhoram a eficiência da produção corporativa e os benefícios econômicos.