O salto de desempenho das células da bateria de lítio sempre se baseou em avanços contínuos na tecnologia de materiais. A inovação em materiais positivos de eletrodo, materiais de eletrodo negativos, separadores e eletrólitos pela pesquisa e indústria científica global está impulsionando a evolução das células da bateria para maior densidade de energia, vida útil mais longa e melhor segurança. Essa inovação de material de cadeia completa fornece a força motriz do núcleo para novos veículos de energia, armazenamento de energia e outros campos.
1 Material positivo do eletrodo: equilibrando alta capacidade e estabilidade
A rota "ternária de níquel alto" da China continua a romper. O material do eletrodo positivo do NCM911 (com um teor de níquel de 90%) desenvolvido por uma determinada empresa tem uma capacidade específica de 220mAh/g, que é 10% maior que o NCM811, e a densidade de energia da célula da bateria excede 800Wh/L. Através do processo "monocristalino+revestimento": as partículas secundárias são divididas em cristais únicos (tamanho de partícula 3 μm) e a superfície é revestida com um filme fino LIPO3 (espessura de 2Nm). Após 500 ciclos, a taxa de retenção de capacidade atinge 90%, resolvendo o problema do colapso estrutural em materiais de níquel alto. Em uma bateria de veículo elétrico final - alta, este material permite uma gama de mais de 1000 quilômetros.
A inovação de catodos livres de cobalto nos Estados Unidos reduz os custos. O eletrodo positivo de fosfato de ferro manganês de lítio (LMFP), desenvolvido pela Tesla, aumentou sua capacidade específica de 170mAh/g de LFP para 190mAh/g por dopagem com elemento manganês (conteúdo de 20%), enquanto aumenta a plataforma de tensão em 0,2V. Seu processo "líquido - síntese de fase" reduz os custos do material em 30% em comparação com o NCM e não contém elemento cobalto (para evitar riscos de recursos). Os testes mostraram que as células usando LMFP têm uma taxa de retenção de capacidade de 85% em - 20 graus, que é 15% maior que a LFP e adequada para cenários de baixa temperatura.
2 Material do eletrodo negativo: a chegada do silício - era baseada na época
O avanço comercial do Japão em "Silicon Carbon Composites". O eletrodo negativo de carbono de silício desenvolvido pela Panasonic (com um teor de silício de 20%) tem uma capacidade específica de 600mAh/g, que é 1,5 vezes a dos eletrodos negativos de grafite e aumenta a densidade de energia das células da bateria em 20%. Através do projeto de "partículas de nano silício+revestimento de carbono": o tamanho das partículas de silício é controlado a 50Nm (para evitar expansão e fragmentação do volume) e a superfície é revestida com uma camada de carbono rígido (espessura de 5Nm). Após 200 ciclos, a taxa de retenção de capacidade atinge 85%. O eletrodo negativo foi aplicado a uma certa bateria do veículo elétrico, atingindo uma densidade de energia de 300wh/kg na bateria.
O 'eletrodo negativo baseado em titânio' da Europa se concentra na segurança. O eletrodo negativo de titanato de lítio (LTO) de uma empresa alemã possui características de deformação zero (taxa de mudança de volume<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 Diafragma e eletrólito: garantia invisível de segurança e condutividade
A 'membrana revestida' da Coréia do Sul aumenta a resistência à alta temperatura. O diafragma revestido de cerâmica da LG Chem (substrato PP, revestido com espessura de Al ₂ O3 de 3 μm), melhorou a resistência à temperatura de 160 graus a 200 graus, com uma resistência à punção de 300 gf, que é 50% maior que os diafragmas comuns. No teste de fuga térmica, o diafragma pode atrasar o tempo de curto -circuito da célula da bateria para 15 minutos, comprando tempo para a resposta de segurança do sistema de bateria. Seu design "nanoporo" (com um tamanho de poro de 0,1 μm) aumenta a condutividade do íons em 10% e reduz a resistência interna da célula da bateria.
O 'eletrólito retardador de chama' da China supera os pontos de segurança de segurança. O eletrólito "LIFSI+éster fosfato" desenvolvido por uma determinada empresa, com a adição de 10% de retardador de chama (éster de trietil fosfato), aumenta o ponto de ignição do eletrólito de 180 a 300 graus sem afetar a condutividade do íons (manutenção de 10 ms/cm). No teste de punção da agulha, as células da bateria usando esse eletrólito apenas fumam e não explodem, e passaram a certificação Ul94 V - 0. Ao mesmo tempo, o eletrólito permite que a célula da bateria mantenha uma taxa de retenção de capacidade de 70% em -30 graus, expandindo os limites de aplicações de baixa temperatura.
A inovação material das células da bateria de lítio está mudando de "otimização de material único" para "colaboração completa do sistema". No futuro, com a maturidade do sólido (1}} eletrólitos de estado (condutividade de íons superior a 10 ⁻ s/cm) e eletrodos livres de metais raros, as células da bateria atingirão o objetivo final da "densidade de energia de 1000Wh/L+Cycle Life of 100000+Segurança