Teknologi baharu bateri li-ion

Teknologi baharu bateri li-ion: fokus pada silinder besar, teras panjang dan peluang inovasi lain

1. Pembangunan bateri: pengecasan ultra-pantas, keselamatan dan prestasi lain adalah arah utama; fokus pada silinder besar, sel panjang dan inovasi struktur lain

1.1 Arah aliran prestasi bateri: susun atur kilang bateri nisbah tenaga tinggi, pengecasan dan keselamatan ultra pantas serta arahan teknikal lain

Ningde Time, BYD dan kilang bateri teras lain sedang membentangkan ke arah nisbah tenaga tinggi, pengecasan super pantas dan teknologi keselamatan bateri, dan laluan realisasi termasuk inovasi struktur, inovasi bahan, dll.

    Ningde Times, kilang bateri terkemuka, telah membentangkan enam arah seperti nisbah tenaga tinggi, pengecasan super pantas dan keselamatan sebenar, dan jenis teknologi termasuk inovasi struktur, inovasi bahan dan inovasi pengurusan. Menurut laman web rasmi Ningde Times, kita dapat melihat bahawa Ningde Times telah dibentangkan dalam enam arah inovasi struktur, inovasi bahan dan inovasi pengurusan, iaitu tenaga khusus tinggi, jangka hayat yang panjang, pengecasan ultra pantas, keselamatan sebenar, kendiri mengawal suhu dan pengurusan pintar. Ambil pengecasan super cepat sebagai contoh, pengecasan super cepat Ningde Time merujuk kepada pengecasan 5 minit hingga 80% terpantas, dari segi struktur, kepingan tiang berbilang kecerunan dan kaedah berbilang telinga diguna pakai, khususnya:① kepingan tiang berbilang kecerunan: dengan mengawal selia pengagihan kecerunan struktur berliang sekeping tiang, lapisan atas struktur keliangan tinggi, lapisan bawah struktur ketumpatan pepejal tekanan tinggi, dengan sempurna mengambil kira teras dwi ketumpatan tenaga tinggi dan pengecasan super pantas;② berbilang telinga: membangunkan ruang berbilang dimensi (2) Berbilang lapisan: pembangunan teknologi lug ruang berbilang dimensi, yang meningkatkan kapasiti galas semasa bahagian tiang dan menembusi kesesakan teknikal kenaikan suhu tinggi bateri sel semasa pengecasan terus 500A.

1.2 Jenis baharu bateri/inovasi struktur: silinder besar, sel panjang, dsb. ialah arahan susun atur penting untuk kilang bateri

Kami menyisir bentuk bateri, kemajuan pengeluaran besar-besaran, indeks prestasi dan ciri-ciri berfaedah bagi kilang bateri utama, yang sedang aktif mengeluarkan bentuk bateri baharu seperti silinder besar dan sel panjang. Ambil Honeycomb Energy sebagai contoh, generasi kedua sel nipis panjang berlamina L600 telah menyelesaikan pembangunan dan dijangka mencapai pengeluaran besar-besaran dalam Q3 2022; dari segi indeks prestasi, kapasiti sel tunggal L600 telah meningkat kepada 196Ah, ketumpatan tenaga lebih daripada 185wj/kg dan ketumpatan tenaga volum lebih daripada 430wj/L, yang mempunyai ciri berfaedah seperti keserasian yang tinggi, kebolehsuaian yang tinggi, keselamatan yang tinggi dan panjang umur.

(2) Silinder besar: Tesla, BAK, EVERLIGHT dan kilang bateri lain sedang meletakkan bateri silinder besar. Ambil Tesla sebagai contoh, bateri 4680 menggunakan katod nikel tinggi + bahan katod karbon silikon dan teknologi lug tanpa elektrod, dengan ketumpatan tenaga 300Wh/kg, kapasiti bateri adalah 5 kali lebih tinggi daripada penyelesaian 2170 semasa, dan kuasa output adalah 6 kali lebih tinggi. Di samping itu, ia mempunyai kelebihan dalam ketumpatan tenaga, kuasa dan kecekapan pengecasan.

2. Silinder besar: aplikasi laser dijangka meningkat; keperluan ketepatan peralatan yang tinggi

2.1 Bateri silinder besar: Ambil Tesla 4680 sebagai contoh, inovasi teknikal seperti elektrod kering dan lug tanpa elektrod patut diberi perhatian

Menurut kertas itu, bateri silinder 4680 adalah inovasi struktur selanjutnya bagi bateri silinder daripada 1865 hingga 2170 yang lebih kecil. Berbanding dengan bateri 2170 yang digunakan sebelum ini, bateri 4680 mengurangkan penjanaan haba dengan ketara, menyelesaikan masalah pelesapan haba ketumpatan tenaga tinggi. sel, dan meningkatkan kuasa puncak mengecas dan menyahcas, akhirnya menjadikan bateri 4680 5 kali lebih tenaga dan 6 kali lebih kuasa daripada bateri 2170, sambil mengurangkan kos sebanyak 14% dan meningkatkan julat sebanyak 16%.

Dari segi inovasi struktur dan proses pembuatan, 4680 mempunyai tiga inovasi teknologi utama berbanding bateri sebelumnya - proses elektrod kering, lugless (semua lug) dan teknologi CTC - yang telah menghasilkan kos pengeluaran sel yang lebih rendah dan peningkatan prestasi yang lebih baik. Ambil teknologi lugless sebagai contoh, reka bentuk sel 4680 mengubah keseluruhan pengumpul menjadi lug, laluan konduktif tidak lagi bergantung pada lug, dan penghantaran semasa ditukar daripada penghantaran melintang di sepanjang lug ke plat pengumpul kepada penghantaran membujur dalam pengumpul, yang mengurangkan rintangan kepada 2mΩ dan penggunaan rintangan dalaman daripada 2W hingga 0.2W.

2.2 Proses elektrod kering: kos rendah berbanding dengan proses basah tradisional, teras terletak pada formulasi elektrod dan peralatan penyemperitan filem

Teknologi elektrod kering Maxwell sesuai untuk kimia bateri litium semasa dan bahan elektrod baharu yang canggih, tiada pelarut digunakan dalam proses pembuatan, dan ia boleh diperluaskan kepada pengeluaran roll-to-roll, dan teknologi teras ialah formulasi elektrod dan pembentukan filem. peralatan penyemperitan.

(1) Menurut kertas "Teknologi Salutan Elektrod Kering" oleh Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, teknologi elektrod kering Maxwell terdiri daripada tiga langkah: (i) pencampuran serbuk kering, (ii) pengacuan salutan serbuk hingga nipis, (iii) ) lapisan nipis dan pengumpulan cecair menekan, ketiga-tiga langkah adalah bebas pelarut. Proses elektrod kering Maxwell boleh berskala kepada kimia bateri lithium-ion semasa dan bahan elektrod bateri baharu yang termaju; khususnya, proses kering proprietari Maxwell digunakan untuk mencampur serbuk untuk membentuk adunan serbuk akhir bahan aktif, pengikat dan bahan tambahan konduktif, yang disemperit dan dikalenderkan untuk membentuk Campuran serbuk diekstrusi dan dikalenderkan untuk membentuk kering yang berterusan dan menyokong diri. -filem elektrod bersalut yang juga boleh digulung menjadi gulung. Akhir sekali, lapisan elektrod nipis ditekan bersama cecair pengumpul untuk membentuk elektrod bateri.

(2) Dari segi kelebihan, menurut kertas "Teknologi Salutan Elektrod Kering" oleh Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, proses elektrod kering Maxwell boleh digunakan pada bahan bateri klasik dan lanjutan dan boleh dilanjutkan ke gelendong. -penghasilan kekili berbanding elektrod basah tradisional. (3) Dari segi teknologi teras, menurut Battery World Online, teknologi teras proses elektrod kering Maxwell ialah perumusan elektrod dan teknologi dan peralatan penyemperitan pembentuk filem.

Di samping itu, elektrod kering boleh direalisasikan dengan pelbagai kaedah seperti laser berdenyut dan pemendapan sputtering, yang memerlukan proses penyepuhlindapan filem tambahan berbanding proses elektrod kering basah dan Maxwell. Menurut kertas "Pembuatan Elektrod Tanpa Pelarut untuk Bateri Litium-ion" oleh Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, tidak seperti proses penyediaan elektrod basah, elektrod kering boleh dibuat dengan pemendapan laser berdenyut. Proses elektrod kering boleh dicapai dengan pelbagai kaedah seperti laser berdenyut dan pemendapan sputtering, yang tidak memerlukan pengeringan, tetapi memerlukan penyepuhlindapan filem nipis tambahan kerana suhu tinggi yang disebabkan oleh pemendapan laser berdenyut. Proses penyediaan elektrod yang dicadangkan dalam kertas kerja ini adalah seperti berikut.

(1) Proses penyediaan elektrod basah① Proses tuangan tampal: Elektrod bateri litium dibuat dengan menuang pes (mengandungi bahan aktif dalam pelarut, karbon konduktif dan pengikat) pada pengumpul logam. Pengikat yang paling biasa ialah PVDF (pra-larut dalam NMP pelarut), dan buburan yang terhasil dicampur dan dibuang pada pengumpul, yang mesti dikeringkan untuk menyejat pelarut untuk menghasilkan elektrod berliang kering. Pengeringan mengambil masa yang lama, biasanya 12-24 jam pada 120ijazahC. Selain itu, kerana NMP adalah mahal dan mencemari, sistem pemulihan mesti dipasang untuk memulihkan NMP yang tersejat semasa proses pengeringan (menambah pelaburan modal yang ketara).

Pemendapan semburan elektrostatik berasaskan pelarut: Bahan elektrod digunakan pada pengumpul menggunakan pemendapan semburan elektrostatik berasaskan pelarut, iaitu, bahan termendap diatomkan dalam muncung dan digunakan pada pengumpul; elektrod yang dibina dengan cara ini mempamerkan sifat yang serupa dengan elektrod tuang buburan, dengan kelemahan yang sama memerlukan proses pengeringan intensif yang juga memerlukan masa dan tenaga (2 jam pada 400ijazahC). Bateri litium juga dihasilkan menggunakan teknik semburan, di mana setiap pemasangan elektrod disembur ke permukaan yang dikehendaki menggunakan salutan berasaskan NMP, yang masih memerlukan penyejatan pelarut.

(2) Proses penyediaan elektrod kering dicapai dengan pelbagai kaedah seperti laser berdenyut dan pemendapan sputtering. Pemendapan laser berdenyut dicapai dengan memfokuskan laser pada sasaran yang mengandungi bahan yang akan didepositkan, dan apabila laser mengenai sasaran, bahan tersebut mengewap dan didepositkan pada pengumpul; walaupun tiada pelarut digunakan, filem terdeposit mesti menahan suhu 650-800ijazahC, manakala pemendapan magnetron sputtering boleh mengurangkan suhu penyepuhlindapan yang diperlukan kepada 350ijazahC. Kaedah ini mewakili fabrikasi elektrod sel kering, tetapi kadar pemendapan adalah perlahan dan memerlukan penyepuhlindapan suhu tinggi.

Proses elektrod kering adalah lebih murah daripada proses basah tradisional, terutamanya dari segi kos buruh, pelaburan peralatan, dan ruang loji. Menurut kertas "Pembuatan Elektrod Tanpa Pelarut untuk Bateri Litium-ion" oleh Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, sebagai contoh, Senario Reka Bentuk Bateri 1 Contohnya, pengeluaran elektrod kering ialah 21.6% , 14.2% dan 13.1% kurang dalam buruh langsung, kos peralatan dan kawasan loji, masing-masing, daripada pengeluaran elektrod basah, dengan mengandaikan bahawa 100,000 sel dihasilkan setiap tahun.

2.3 Teknologi lugless (all-lug): mengurangkan rintangan dalaman bateri, volum kimpalan laser ke atas, keperluan ketepatan peralatan yang tinggi

teknologi (semua telinga) boleh mengurangkan rintangan dan penggunaan rintangan dalaman bateri dengan ketara. Menurut kertas Yulong Zhao "Bateri Kuasa 4680 Imbasan Teknologi Lug Penuh": 1) Bateri silinder tradisional: kerajang tembaga positif dan negatif dan diafragma kerajang aluminium disusun dan digulung, dan wayar panduan (lug) dikimpal pada setiap hujung kuprum. kerajang dan kerajang aluminium untuk memimpin elektrod. (2) 4680 bateri: keseluruhan pengumpul diubah menjadi lug, laluan konduktif tidak lagi bergantung pada lug, arus dipindahkan dari penghantaran melintang di sepanjang lug ke pengumpul ke penghantaran membujur pengumpul, keseluruhan konduktif panjang ditukar daripada 800-1000mm panjang foil kuprum 1860 atau 2170 kepada Panjang keseluruhan konduktif ditukar daripada 800-1000mm panjang foil kuprum 1860 atau 2170 kepada 80mm (ketinggian sel), yang mengurangkan rintangan kepada 2mΩ dan penggunaan rintangan dalaman daripada 2W hingga 0.2W, susunan magnitud yang lebih rendah.

Ciri reka bentuk struktur: kawasan sentuhan/konduksi lug pada satu hujung sel adalah sama dengan/lebih besar daripada pengumpul. Menurut paten "tanpa lug" Tesla yang dipetik oleh nombor awam WeChat rasmi GaoGong Lithium, ia menerangkan sekurang-kurangnya satu elektrod sebagai lekap bateri tanpa lug, khususnya: 1) Tahap bawah teras: hujung pengumpul dibiarkan putih dan tidak bersalut dengan bahan positif/negatif, di mana bahagian pengumpul boleh difahami sebagai lug umum, Tesla Kunci kepada reka bentuk "lugless" ialah kawasan pengaliran lug adalah betul-betul sama dengan pengumpul, atau kawasan sentuhan lug dan kawasan pengaliran. adalah lebih besar daripada kawasan pengaliran pengumpul melalui reka bentuk struktur terpelbagai penutup; 2) tahap atas teras: jika hanya satu elektrod tanpa penyelesaian lug digunakan, hujung atas masih sama dengan reka bentuk teras 18650, 21700. Menurut analisis paten, hanya satu hujung sambungan lugless boleh mencapai kesan mengurangkan rintangan dalaman sebanyak 5 kali.

(1) Proses pengeluaran: Menurut nombor awam rasmi WeChat Rangkaian Bahan Automotif, yang disebut dalam Automotive Home, terdapat dua proses pengeluaran untuk lug induksi, iaitu, pemotongan pertama dan kemudian penggulungan, dan penggulungan pertama dan kemudian laser die- memotong, khususnya:① Pemotongan pertama dan kemudian penggulungan: Melalui pengiraan yang tepat, bahan dipotong kepada banyak bahagian sebelum digulung. Apabila belitan mencapai tenaga pratetap, kimpalan dilakukan. Pemotongan mati laser selepas penggulungan: bahan dililit secara langsung tanpa mengira lebar dan saiz, dan pemotongan laser dilakukan pada bahan berlebihan selepas mencapai tenaga pratetap, yang memerlukan ketepatan tinggi.

(2) Keperluan peralatan: Menurut nombor awam rasmi WeChat bagi Rangkaian Bahan Automotif, memetik maklumat Auto House dan nombor awam Lithium GaoGong WeChat, dari perspektif peralatan pengeluaran, terdapat perubahan besar dalam tiga aspek di bawah teknologi bukan -polar lug (all-polar lug), khususnya:① proses salutan: bentuk melengkung tertentu lug semua-kutub menyebabkan keperluan yang lebih tinggi untuk ketepatan peralatan, dan ruang putih pada cincin luar akan lebih dan lebih daripada ruang putih pada cincin dalam;② peralatan pemotongan: keperluan untuk proses pemotongan laser adalah lebih tinggi. (2) peralatan pemotongan: keperluan yang lebih tinggi untuk proses pemotongan mati laser, dan jurang dalam lapisan bahan sesuai kerana tepi pemotongan yang tidak rata; (3) kimpalan laser: bilangan sambungan dikimpal dalam kimpalan titik laser semua lug meningkat lebih daripada lima kali ganda berbanding 21700. Khususnya, mengikut proses kimpalan, sebagai contoh, menurut kertas Zhao Yulong "Bateri Kuasa 4680 penuh kandungan imbasan teknologi lug", sambungan lug penuh dan plat pengumpul atau cangkerang, keperluan teknologi kimpalan laser lebih tinggi, khususnya, daripada kimpalan titik dua lug tradisional kepada kimpalan permukaan lug penuh, proses kimpalan dan volum kimpalan telah menjadi lebih, intensiti laser dan jarak fokus tidak mudah dikawal, mudah dikimpal melalui dibakar ke bahagian dalam teras atau tiada kimpalan;. Di samping itu, sesetengah syarikat mencadangkan untuk menggunakan press-fit daripada paten kimpalan untuk pengumpul semasa.

Kami mengambil teknologi CTC Tesla sebagai contoh dan menganalisisnya seperti berikut: 1) Tidak seperti pek bateri 2170 yang terdiri daripada empat modul, pek bateri 4680 menggunakan teknologi CTC dan pek bateri bertindak sebagai plat asas kenderaan. Menurut laman web rasmi InsideEVs, dari paparan keratan rentas pek bateri struktur Model Y baharu yang ditunjukkan pada lawatan kilang Giga Berlin pada Oktober 2021, pek bateri 4680 secara langsung menghapuskan reka bentuk modul dan menggunakan teknologi CTC, yang disusun padat dalam casis kenderaan, iaitu bahagian bawah Model Y yang dilengkapi dengan pek bateri 4680 dilubangkan dan pek bateri bertindak sebagai bahagian bawah badan. Pek bateri berfungsi sebagai bahagian bawah badan. Sebaliknya, bateri 2170 dalam Model Y mempunyai empat modul - dua modul pendek dan dua modul panjang. Dan syarikat litium aeroangkasa kami juga berdasarkan penguasaan teknologi bateri silinder besar juga merupakan peneraju yang jauh:http://www.optimum-china.com