Baterie Li-ion noua tehnologie

Noua tehnologie a bateriei Li-ion: concentrați-vă pe cilindri mari, miezuri lungi și alte oportunități de inovare

1. Dezvoltarea bateriei: încărcarea ultra-rapidă, siguranța și alte performanțe sunt direcția principală; concentrați-vă pe cilindri mari, celule lungi și alte inovații structurale

1.1 Tendințe de performanță a bateriei: aspectul fabricii de baterie cu un raport energetic ridicat, încărcare și siguranță ultra-rapidă și alte direcții tehnice

Ningde Time, BYD și alte fabrici de baterii de bază se propun în direcția unui raport energetic ridicat, a tehnologiilor de încărcare super rapidă și de siguranță a bateriei, iar calea de realizare include inovații structurale, inovații materiale etc.

    Ningde Times, principala fabrică de baterii, a stabilit șase direcții, cum ar fi raportul energetic ridicat, încărcarea super rapidă și siguranța reală, iar tipurile de tehnologii includ inovație structurală, inovație de materiale și inovație de management. Conform site-ului oficial al Ningde Times, putem vedea că Ningde Times a prezentat în șase direcții de inovare structurală, inovare materială și inovare în management, care sunt energie specifică ridicată, viață lungă, încărcare ultra-rapidă, siguranță adevărată, auto- controlul temperaturii și managementul inteligent. Luați ca exemplu încărcarea super rapidă, încărcarea super rapidă a lui Ningde Time se referă la cea mai rapidă încărcare de la 5 minute până la 80%, în ceea ce privește structura, piesă de stâlp multi-gradient și metoda cu mai multe urechi sunt adoptate, în special:① piesa polara multi-gradient: prin reglarea distributiei gradientului structurii poroase a piesei polare, stratul superior al structurii cu porozitate ridicata, stratul inferior al structurii cu densitate solida de inalta presiune, luand in considerare perfect miezul dublu de densitate mare de energie si încărcare super rapidă;② multi-ureche: dezvoltarea spațiului multidimensional (2) Multi-strat: dezvoltarea tehnologiei multi-dimensionale a urechilor spațiale, care îmbunătățește considerabil capacitatea portantă curentă a piesei polare și sparge blocajul tehnic al creșterii temperaturii ridicate a bateriei celulă în timpul încărcării directe de 500 A.

1.2 Nou tip de baterie/inovație de structură: celulele cilindrice mari, lungi etc. sunt direcții importante de aranjare pentru fabricile de baterii

Am analizat forma bateriei, progresul producției în masă, indicele de performanță și caracteristicile avantajoase ale principalelor fabrici de baterii, care stabilesc în mod activ noi forme de baterie, cum ar fi cilindri mari și celule lungi. Luați Honeycomb Energy ca exemplu, a doua generație a celulei lungi și subțiri laminate L600 a finalizat dezvoltarea și se așteaptă să atingă producția de masă în Q3 2022; în ceea ce privește indicele de performanță, capacitatea celulei simple L600 a crescut la 196Ah, densitatea de energie este mai mare de 185wh/kg și densitatea de energie de volum este mai mare de 430wh/L, care are caracteristici avantajoase precum compatibilitate ridicată, adaptabilitate ridicată, siguranță ridicată si viata lunga.

(2) Cilindrică mare: Tesla, BAK, EVERLIGHT și alte fabrici de baterii instalează baterii cilindrice mari. Luați Tesla ca exemplu, bateria 4680 adoptă un catod de nichel ridicat + material catod de carbon siliciu și tehnologie cu urechi fără electrod, cu o densitate de energie de 300Wh/kg, capacitatea bateriei este de 5 ori mai mare decât soluția actuală 2170, iar puterea de ieșire este de 6 ori mai mare. În plus, are avantaje în ceea ce privește densitatea energiei, puterea și eficiența de încărcare.

2. Cilindrică mare: aplicațiile laser sunt de așteptat să crească; cerințe de înaltă precizie a echipamentelor

2.1 Baterie cilindrică mare: Luați ca exemplu Tesla 4680, inovațiile tehnice, cum ar fi electrodul uscat și urechea fără electrod, merită atenție

Potrivit lucrării, bateria cilindrică 4680 este o nouă inovație structurală a bateriei cilindrice de la mai mică 1865 la 2170. În comparație cu bateria 2170 utilizată anterior, bateria 4680 reduce semnificativ generarea de căldură, rezolvă problema disipării căldurii de densitate mare de energie. celule și crește puterea de vârf de încărcare și descărcare, făcând în cele din urmă bateria 4680 de 5 ori mai multă energie și de 6 ori mai multă putere decât bateria 2170, reducând în același timp costul cu 14% și mărind intervalul cu 16%.

În ceea ce privește inovația structurală și procesul de fabricație, 4680 are trei inovații tehnologice majore în comparație cu bateriile anterioare - procedeul cu electrod uscat, lugless (toate urechi) și tehnologia CTC - care au avut ca rezultat costuri mai mici de producție a celulelor și îmbunătățiri mai mari de performanță. Luați ca exemplu tehnologia fără urechi, designul celulei 4680 transformă întregul colector în urechi, calea conductivă nu mai depinde de urechi, iar transmisia curentă este schimbată de la transmisia transversală de-a lungul urechilor la placa colector la transmisia longitudinală în colectorul, care reduce rezistenta la 2mΩ iar consumul de rezistență internă de la 2W la 0.2W.

2.2 Procesul cu electrozi uscati: cost redus în comparație cu procesul umed tradițional, miezul se află în formularea electrozilor și echipamentele de extrudare a filmului

Tehnologia electrodului uscat Maxwell este potrivită pentru chimia actuală a bateriilor cu litiu și materialele avansate ale electrozilor noi, nu este utilizat niciun solvent în procesul de fabricație și poate fi extinsă la producția roll-to-roll, iar tehnologia de bază este formularea electrozilor și formarea filmului echipamente de extrudare.

(1) Conform lucrării „Tehnologia de acoperire cu electrod uscat” de Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, tehnologia electrodului uscat de la Maxwell constă din trei etape: (i) amestecarea pulberei uscate, (ii) turnarea pulbere cu strat subțire, (iii) ) acoperire subțire și presare de colectare a fluidului, toate cele trei etape sunt fără solvenți. Procesul de electrozi uscati de la Maxwell este scalabil la chimiile actuale ale bateriilor litiu-ion și la materialele avansate ale electrozilor bateriei; în special, procesul uscat patentat de la Maxwell este utilizat pentru a amesteca pulberea pentru a forma un amestec final de pulbere de materiale active, lianți și aditivi conductivi, care este extrudat și calandrat pentru a forma. Amestecul de pulbere este extrudat și calandrat pentru a forma un uscat continuu, autoportant. -film de electrod acoperit care poate fi, de asemenea, bobinat în role. În cele din urmă, stratul subțire de electrod este presat împreună cu fluidul colector pentru a forma electrodul bateriei.

(2) În ceea ce privește avantajele, conform lucrării „Dry Electrode Coating Technology” de Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, procesul de electrod uscat Maxwell poate fi aplicat materialelor clasice și avansate ale bateriei și poate fi extins la bobină. -producția bobinei comparativ cu electrozii udați tradiționali. (3) În ceea ce privește tehnologia de bază, conform Battery World Online, tehnologia de bază a procesului de electrozi uscati Maxwell este formularea electrozilor și tehnologia și echipamentul de extrudare care formează film.

În plus, electrozii uscați pot fi realizați prin diferite metode, cum ar fi depunerea cu laser în impulsuri și pulverizare, care necesită un proces suplimentar de recoacere a filmului în comparație cu procesele cu electrozi umed și Maxwell uscat. Conform lucrării „Fabricarea electrozilor fără solvenți pentru baterii cu ioni de litiu” de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, spre deosebire de procesul de preparare a electrodului umed, electrozii uscați pot fi fabricați prin depunere cu laser pulsat. Procesul de electrod uscat poate fi realizat prin diferite metode, cum ar fi depunerea cu laser pulsat și pulverizare, care nu necesită uscare, dar necesită recoacere suplimentară a filmului subțire din cauza temperaturii ridicate cauzate de depunerea cu laser pulsat. Procesul de pregătire a electrozilor propus în această lucrare este următorul.

(1) Procesul de preparare a electrodului umed① Procesul de turnare a pastei: Electrozii bateriei cu litiu sunt fabricați prin turnarea unei paste (conținând material activ în solvent, carbon conductor și liant) pe un colector de metal. Cel mai comun liant este PVDF (pre-dizolvat în solventul NMP), iar suspensia rezultată este amestecată și turnată pe colector, care trebuie uscat pentru a evapora solventul pentru a produce un electrod poros uscat. Uscarea durează mult timp, de obicei 12-24 ore la 120gradC. De asemenea, deoarece NMP este costisitor și contaminant, trebuie instalat un sistem de recuperare pentru a recupera NMP evaporat în timpul procesului de uscare (adăugând investiții de capital semnificative).

Depunerea prin pulverizare electrostatică pe bază de solvent: Materialul electrodului este aplicat pe colector utilizând depunerea prin pulverizare electrostatică pe bază de solvent, adică materialul depus este atomizat într-o duză și aplicat pe colector; electrozii astfel construiți prezintă proprietăți similare electrozilor turnați în suspensie, cu dezavantajul similar de a necesita un proces de uscare intensiv care necesită, de asemenea, timp și energie (2 ore la 400°C).gradC). Bateriile cu litiu sunt produse, de asemenea, folosind tehnica de pulverizare, în care fiecare ansamblu de electrozi este pulverizat pe suprafața dorită folosind o acoperire pe bază de NMP, care necesită încă evaporarea solventului.

(2) Procesul de pregătire a electrodului uscat este realizat prin diferite metode, cum ar fi depunerea cu laser pulsat și pulverizare. Depunerea laser în impulsuri se realizează prin focalizarea unui laser pe o țintă care conține materialul de depus, iar odată ce laserul atinge ținta, materialul se vaporizează și se depune pe colector; deși nu se utilizează solvent, pelicula depusă trebuie să reziste la temperaturi de 650-800gradC, în timp ce depunerea prin pulverizare cu magnetron poate reduce temperatura de recoacere necesară la 350gradC. Această metodă este reprezentativă pentru fabricarea electrodului cu celule uscate, dar viteza de depunere este lentă și necesită recoacere la temperatură ridicată.

Procesul cu electrozi uscati este mai puțin costisitor decât procesul tradițional umed, în principal în ceea ce privește costul forței de muncă, investiția în echipamente și spațiul instalației. Conform lucrării „Fabricarea fără solvenți a electrozilor pentru baterii cu ioni de litiu” de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, de exemplu, Scenariul de proiectare a bateriei 1 De exemplu, producția de electrozi uscati este de 21,6% , cu 14,2% și, respectiv, cu 13,1% mai puțin în forța de muncă directă, costul echipamentelor și suprafața instalației, decât producția de electrozi umed, presupunând că sunt produse 100,000 celule pe an.

2.3 Tehnologie Lugless (all-lug): reduceți rezistența internă a bateriei, volumul de sudare cu laser în sus, cerințele ridicate de precizie a echipamentului

Tehnologia (all-ear) poate reduce semnificativ rezistența și consumul de rezistență internă al bateriei. Conform lucrării lui Yulong Zhao „Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan”: 1) Baterie cilindrică tradițională: folia de cupru pozitivă și negativă și diafragma din folie de aluminiu sunt stivuite și înfășurate, iar un fir de ghidare (lug) este sudat la fiecare capăt al cuprului folie și folie de aluminiu pentru a conduce electrodul. (2) baterie 4680: întregul colector este transformat într-un ureche, calea conductivă nu mai depinde de ureche, curentul este transferat de la transmisia transversală de-a lungul urechii la colector la transmisia longitudinală a colectorului, întregul conductor lungimea este modificată de la 800-1000mm din lungimea foliei de cupru de 1860 sau 2170 la Întreaga lungime conductivă se modifică de la 800-1000mm din lungimea foliei de cupru de 1860 sau 2170 la 80 mm (înălțimea celulei), ceea ce reduce rezistența la 2mΩ iar consumul de rezistență internă de la 2W la 0.2W, cu un ordin de mărime mai mic.

Caracteristici structurale de proiectare: zona de contact/conductoare a urechii de la un capăt al celulei este egală/mai mare decât colectorul. Conform brevetului Tesla „fără lagăre” citat de numărul public oficial WeChat GaoGong Lithium, acesta descrie cel puțin un electrod ca un suport de baterie fără lug, în special: 1) Nivelul inferior al miezului: capătul colectorului este lăsat alb și nu este acoperit. cu materiale pozitive/negative, unde partea colectorului poate fi înțeleasă ca un ureche generalizată, Tesla Cheia designului „fără urechi” este aceea că zona de conducere a urechilor este exact aceeași cu cea a colectorului, sau chiar zona de contact a urechilor și zona de conducere. sunt mai mari decât aria de conducere a colectorului prin proiectarea structurii diversificate a capacului; 2) nivelul superior al miezului: dacă se folosește un singur electrod fără soluție de urechi, capătul superior este în continuare același cu designul miezului 18650, 21700. Conform analizei de brevet, doar un capăt al conexiunii fără cleme poate obține efectul de reducere a rezistenței interne de 5 ori.

(1) Proces de producție: Conform numărului public oficial WeChat al Automotive Materials Network, care este citat în Automotive Home, există două procese de producție pentru urechile de inducție, adică mai întâi tăierea și apoi înfășurarea și prima înfășurare și apoi matrița cu laser. tăierea, în special:① Mai întâi tăierea și apoi înfășurarea: printr-un calcul precis, materialul este tăiat în mai multe părți înainte de înfășurare. Când înfășurarea atinge energia prestabilită, se efectuează sudarea. Tăiere cu laser după bobinare: materialul este bobinat direct indiferent de lățime și dimensiune, iar tăierea cu laser se efectuează pe materialul în exces după atingerea energiei prestabilite, ceea ce necesită o precizie ridicată.

(2) Cerințe de echipamente: Conform numărului public oficial WeChat al Automotive Materials Network, citând informațiile despre numărul public Auto House și GaoGong Lithium WeChat, din perspectiva echipamentelor de producție, există schimbări majore în trei aspecte sub tehnologia non -lug polar (toate lug polar), în special:① procesul de acoperire: forma certă curbată a urechiului total polar provoacă cerințe mai mari pentru precizia echipamentului, iar spațiul alb de pe inelul exterior va fi din ce în ce mai mult decât spațiul alb de pe inelul interior;② echipamente de tăiere: cerințele pentru procesul de tăiere cu laser sunt mai mari. (2) echipamente de tăiere: cerințe mai mari pentru procesul de tăiere cu laser și goluri în stratul de material se potrivesc datorită marginilor de tăiere neuniforme; (3) sudare cu laser: numărul de îmbinări sudate în sudarea prin puncte cu laser a tuturor urechilor este crescut de peste cinci ori comparativ cu 21700. Mai exact, conform procesului de sudare, de exemplu, conform lucrării lui Zhao Yulong „Bateria de putere 4680 plină Conținutul de scanare a tehnologiei cu urechi, placa de colectare sau conexiune de înveliș completă, cerințele tehnologiei de sudare cu laser sunt mai mari, în special, de la sudarea tradițională prin puncte cu două urechi la sudarea cu suprafață completă a urechilor, procesul de sudare și volumul de sudare au devenit mai mari, intensitatea laserului iar distanța focală nu este ușor de controlat, ușor de sudat prin ars în interiorul miezului sau fără sudură;. În plus, unele companii propun să folosească prin presare mai degrabă decât brevetele de sudare pentru colectorul actual.

Luăm ca exemplu tehnologia CTC de la Tesla și o analizăm după cum urmează: 1) Spre deosebire de acumulatorul 2170 care constă din patru module, acumulatorul 4680 adoptă tehnologia CTC, iar acumulatorul acționează ca placa de bază a vehiculului. Conform site-ului oficial InsideEVs, din perspectiva în secțiune transversală a noului pachet de baterii cu structură Model Y prezentat la turul fabricii Giga Berlin în octombrie 2021, acumulatorul 4680 elimină direct designul modulului și adoptă tehnologia CTC, care este dens aranjată în șasiul vehiculului, adică partea inferioară a modelului Y echipat cu acumulatorul 4680 este scobită, iar acumulatorul acționează ca sub caroserie. Pachetul de baterii servește ca sub caroserie. În schimb, bateria 2170 din modelul Y are patru module - două module scurte și două module lungi. Și compania noastră aerospațială de litiu se bazează, de asemenea, pe tehnologia bateriilor cilindrice mari, măiestria este, de asemenea, un lider îndepărtat:http://www.optimum-china.com