Nova tehnologija litij-ionske baterije

Nova tehnologija litij-ionske baterije: osredotočite se na velike cilindre, dolga jedra in druge priložnosti za inovacije

1. Razvoj baterije: ultra hitro polnjenje, varnost in druge zmogljivosti so glavna usmeritev; osredotočanje na velike cilindre, dolge celice in druge strukturne inovacije

1.1 Trendi zmogljivosti baterije: postavitev tovarne baterij z visokim razmerjem energije, ultra hitrim polnjenjem in varnostjo ter druge tehnične smernice

Ningde Time, BYD in druge ključne tovarne baterij se usmerjajo v smeri visokega razmerja energije, super hitrega polnjenja in varnostnih tehnologij za baterije, pot realizacije pa vključuje strukturne inovacije, inovacije materialov itd.

    Ningde Times, vodilna tovarna baterij, je določila šest smeri, kot so visoko razmerje energije, super hitro polnjenje in prava varnost, vrste tehnologij pa vključujejo strukturne inovacije, inovacije materialov in inovacije upravljanja. Glede na uradno spletno stran Ningde Times lahko vidimo, da je Ningde Times določil šest smeri strukturnih inovacij, inovacij materialov in inovacij upravljanja, ki so visoka specifična energija, dolga življenjska doba, ultra hitro polnjenje, prava varnost, samopomoč nadzor temperature in inteligentno upravljanje. Vzemimo za primer super hitro polnjenje, super hitro polnjenje Ningde Time se nanaša na najhitrejše 5 minutno do 80-odstotno polnjenje, kar zadeva strukturo, sta sprejeta večgradientna palica in metoda z več ušesi, zlasti:① večgradientni polovni kos: z uravnavanjem gradientne porazdelitve porozne strukture polovnega kosa, zgornje plasti visoko porozne strukture, spodnje plasti visokotlačne strukture trdne gostote, popolnoma upošteva dvojno jedro visoke energijske gostote in super hitro polnjenje;② multi-ear: razvoj večdimenzionalnega prostora (2) Večplastni: razvoj tehnologije večdimenzionalnih vesoljskih ušes, ki močno izboljša trenutno nosilnost pola in prebije tehnično ozko grlo visokega dviga temperature baterije celico med neposrednim polnjenjem 500 A.

1.2 Nova vrsta baterij/strukturnih inovacij: velike cilindrične, dolge celice itd. so pomembna navodila za razporeditev tovarn baterij

Prečesali smo obliko baterije, napredek množične proizvodnje, indeks zmogljivosti in ugodne značilnosti večjih tovarn baterij, ki aktivno postavljajo nove oblike baterij, kot so veliki cilindri in dolge celice. Vzemimo za primer Honeycomb Energy, druga generacija njegove laminirane dolge tanke celice L600 je zaključila razvoj in naj bi dosegla množično proizvodnjo v Q3 2022; kar zadeva indeks zmogljivosti, se je zmogljivost ene celice L600 povečala na 196 Ah, gostota energije je več kot 185 wh/kg in energijska gostota prostornine je več kot 430 wh/L, kar ima prednosti, kot so visoka združljivost, visoka prilagodljivost, visoka varnost in dolgo življenje.

(2) Velike cilindrične baterije: Tesla, BAK, EVERLIGHT in druge tovarne baterij izdelujejo velike cilindrične baterije. Vzemimo za primer Teslo, baterija 4680 uporablja katodni material z visoko vsebnostjo niklja + silicijev ogljik in tehnologijo čepov brez elektrod, z energijsko gostoto 300 Wh/kg, zmogljivost baterije je 5-krat večja od trenutne rešitve 2170, izhodna moč pa je 6-krat višje. Poleg tega ima prednosti v energijski gostoti, moči in učinkovitosti polnjenja.

2. Velika cilindrična: pričakuje se, da se bodo laserske aplikacije povečale; visoke zahteve glede natančnosti opreme

2.1 Velika cilindrična baterija: Vzemimo Teslo 4680 kot primer, tehnične inovacije, kot sta suha elektroda in zatič brez elektrod, so vredne pozornosti

Po navedbah časopisa je cilindrična baterija 4680 nadaljnja strukturna inovacija cilindrične baterije iz manjših 1865 do 2170. V primerjavi s prej uporabljeno baterijo 2170 baterija 4680 znatno zmanjša proizvodnjo toplote in rešuje problem odvajanja toplote zaradi visoke gostote energije. celic in poveča najvišjo moč polnjenja in praznjenja, zaradi česar ima baterija 4680 5-krat več energije in 6-krat več moči kot baterija 2170, hkrati pa zmanjša stroške za 14 % in poveča doseg za 16 %.

Kar zadeva strukturne inovacije in proizvodni proces, ima 4680 tri velike tehnološke inovacije v primerjavi s prejšnjimi baterijami – postopek suhe elektrode, brez ušes (vsi ušesi) in tehnologijo CTC – kar je povzročilo nižje stroške proizvodnje celic in večje izboljšave delovanja. Vzemimo za primer tehnologijo brez ušes, zasnova celice 4680 spremeni celoten kolektor v ušesa, prevodna pot ni več odvisna od ušes, prenos toka pa se spremeni iz prečnega prenosa vzdolž ušes na kolektorsko ploščo v vzdolžni prenos v kolektorja, ki zmanjša upor na 2mΩ in porabo notranjega upora od 2 W do 0.2W.

2.2 Postopek suhe elektrode: nizki stroški v primerjavi s tradicionalnim mokrim postopkom, jedro je v formulaciji elektrod in opremi za ekstruzijo filma

Tehnologija suhih elektrod Maxwell je primerna za trenutno kemijo litijevih baterij in napredne nove materiale elektrod, v proizvodnem procesu se ne uporablja topilo in jo je mogoče razširiti na proizvodnjo od zvitka do zvitka, osnovna tehnologija pa je formulacija elektrod in oblikovanje filma oprema za iztiskanje.

(1) V skladu s prispevkom "Tehnologija prevleke s suhimi elektrodami" avtorjev Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi je Maxwellova tehnologija suhih elektrod sestavljena iz treh korakov: (i) mešanje suhega prahu, (ii) oblikovanje prahu v tanko prevleko, (iii ) tanek premaz in stiskanje za zbiranje tekočine, vsi trije koraki so brez topil. Maxwellov postopek suhe elektrode je prilagodljiv glede na sedanje kemijske lastnosti litij-ionskih baterij in nove napredne materiale baterijskih elektrod; zlasti Maxwellov lastniški suhi postopek se uporablja za mešanje prahu, da se oblikuje končna praškasta mešanica aktivnih materialov, veziv in prevodnih dodatkov, ki se ekstrudira in kalandrira, da nastane. -prevlečena elektrodna folija, ki jo je možno zvijati tudi v zvitke. Končno se tanka plast elektrode stisne skupaj z zbiralno tekočino, da se oblikuje baterijska elektroda.

(2) Kar zadeva prednosti, je v skladu s prispevkom "Tehnologija prevleke s suhimi elektrodami" avtorjev Hieu Duong, Joon Shin in Yudi Yudi postopek Maxwellove suhe elektrode mogoče uporabiti za klasične in napredne baterijske materiale in ga je mogoče razširiti na kolute. - proizvodnja kolutov v primerjavi s tradicionalnimi mokrimi elektrodami. (3) Kar zadeva osrednjo tehnologijo, je po navedbah Battery World Online osrednja tehnologija Maxwellovega postopka suhe elektrode formulacija elektrod ter tehnologija in oprema za iztiskanje filma.

Poleg tega je mogoče suhe elektrode izdelati z različnimi metodami, kot sta pulzni laser in nanašanje z razprševanjem, ki zahtevajo dodaten postopek žarjenja filma v primerjavi s postopki mokre in Maxwellove suhe elektrode. V skladu s člankom Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan "Proizvodnja elektrod brez topil za litij-ionske baterije" lahko za razliko od postopka priprave mokre elektrode suhe elektrode izdelamo s pulznim laserskim nanašanjem. Postopek suhe elektrode je mogoče doseči z različnimi metodami, kot sta pulzno lasersko nanašanje in naprševanje, ki ne zahteva sušenja, vendar zahteva dodatno žarjenje tankega filma zaradi visoke temperature, ki jo povzroča pulzno lasersko nanašanje. Postopek priprave elektrod, predlagan v tem dokumentu, je naslednji.

(1) Postopek priprave mokre elektrode① Postopek ulivanja paste: elektrode litijeve baterije so izdelane z ulivanjem paste (ki vsebuje aktivni material v topilu, prevodno oglje in vezivo) na kovinski zbiralnik. Najpogostejše vezivo je PVDF (predhodno raztopljen v topilu NMP), nastala kaša pa se zmeša in odlije na zbiralnik, ki ga je treba posušiti, da izhlapi topilo, da se proizvede suha porozna elektroda. Sušenje traja dolgo, običajno 12-24 ur pri 120stopnjaC. Poleg tega, ker je NMP drag in kontaminira, je treba namestiti sistem za rekuperacijo, da se med postopkom sušenja izhlapi NMP (dodaja se znatna kapitalska naložba).

Elektrostatično nanašanje s pršenjem na osnovi topil: material elektrode se nanese na zbiralnik z uporabo elektrostatičnega nanašanja s pršenjem na osnovi topil, tj. naneseni material se razprši v šobi in nanese na zbiralnik; elektrode, izdelane na ta način, imajo podobne lastnosti kot elektrode, ulite v brozgo, s podobno pomanjkljivostjo, da zahtevajo intenziven postopek sušenja, ki prav tako zahteva čas in energijo (2 uri pri 400stopnjaC). Litijeve baterije se proizvajajo tudi s tehniko razprševanja, kjer se vsak elektrodni sklop razprši na želeno površino z uporabo premaza na osnovi NMP, ki še vedno zahteva izhlapevanje topila.

(2) Postopek priprave suhe elektrode se doseže z različnimi metodami, kot sta pulzni laser in nanašanje z razprševanjem. Impulzno lasersko nanašanje se doseže z fokusiranjem laserja na tarčo, ki vsebuje material, ki ga je treba nanesti, in ko laser zadene tarčo, material izhlapi in se nanese na zbiralnik; čeprav se ne uporablja topilo, mora naneseni film prenesti temperature 650-800stopnjaC, medtem ko lahko nanašanje z magnetronskim razprševanjem zniža potrebno temperaturo žarjenja na 350stopnjaC. Ta metoda je reprezentativna za izdelavo suhih celičnih elektrod, vendar je hitrost nanašanja počasna in zahteva visokotemperaturno žarjenje.

Postopek suhe elektrode je cenejši od tradicionalnega mokrega postopka, predvsem v smislu stroškov dela, naložb v opremo in prostora v obratu. Glede na prispevek "Proizvodnja elektrod brez topil za litij-ionske baterije" Brandona Ludwiga, Zhangfeng Zhenga, Wan Shoua, Yan Wanga in Heng Pana, na primer, 1. scenarij načrtovanja baterije Na primer, proizvodnja suhe elektrode je 21,6 % , 14,2 % oziroma 13,1 % manj neposrednega dela, stroškov opreme in površine obrata kot proizvodnja mokrih elektrod, ob predpostavki, da se proizvede 100000 celic na leto.

2.3 Tehnologija Lugless (all-lug): zmanjšanje notranjega upora baterije, obseg laserskega varjenja navzgor, visoke zahteve glede natančnosti opreme

(all-ear) tehnologija lahko bistveno zmanjša upor in porabo notranjega upora baterije. V skladu z dokumentom Yulong Zhaoja "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) Tradicionalna cilindrična baterija: pozitivna in negativna bakrena folija ter membrana iz aluminijaste folije sta zloženi in naviti, vodilna žica (česa) pa je privarjena na vsakem koncu bakra. folijo in aluminijasto folijo za vodenje elektrode. (2) baterija 4680: celoten kolektor je spremenjen v zatič, prevodna pot ni več odvisna od zatiča, tok se prenese iz prečnega prenosa vzdolž zatiča na kolektor na vzdolžni prenos kolektorja, celoten prevodnik dolžina se spremeni iz 800-1000 mm dolžine bakrene folije 1860 ali 2170 na Celotna prevodna dolžina se spremeni iz 800-1000 mm dolžine bakrene folije 1860 ali 2170 na 80 mm (višina celice), kar zmanjša odpornost do 2mΩ in poraba notranjega upora od 2 W do 0.2 W, za red velikosti manjša.

Značilnosti strukturne zasnove: kontaktna/prevodna površina čepa na enem koncu celice je enaka/večja od kolektorja. V skladu s Teslinim "lugless" patentom, ki ga navaja GaoGong Lithium uradna javna številka WeChat, opisuje vsaj eno elektrodo kot lugless baterijski nosilec, natančneje: 1) Spodnja raven jedra: konec kolektorja ostane bel in ni prevlečen. s pozitivnimi/negativnimi materiali, pri čemer je kolektorski del mogoče razumeti kot posplošen čep, Tesla. Ključ do zasnove "brez lug" je, da je prevodno območje čepa popolnoma enako kolektorju ali celo kontaktno območje čepa in prevodno območje so večje od prevodne površine kolektorja zaradi raznolike strukture pokrova; 2) zgornja raven jedra: če je uporabljena samo ena elektroda brez raztopine za zanke, je zgornji konec še vedno enak kot pri zasnovi jedra 18650, 21700. Glede na patentno analizo lahko samo en konec povezave brez ušesa doseže učinek zmanjšanja notranjega upora za 5-krat.

(1) Proizvodni proces: Glede na uradno javno številko WeChat mreže avtomobilskih materialov, ki je navedena v Automotive Home, obstajata dva proizvodna postopka za indukcijske čepke, tj. najprej rezanje in nato navijanje ter najprej navijanje in nato lasersko izrezovanje. rezanje, zlasti:① Najprej rezanje in nato navijanje: Z natančnim izračunom se material pred navijanjem razreže na več delov. Ko navitje doseže nastavljeno energijo, se izvede varjenje. Lasersko izsekavanje po navijanju: material se navija neposredno ne glede na širino in velikost, lasersko izsekavanje pa se izvede na odvečnem materialu po doseganju prednastavljene energije, kar zahteva visoko natančnost.

(2) Zahteve glede opreme: glede na uradno javno številko WeChat mreže za avtomobilske materiale, ki navaja informacije javne številke Auto House in GaoGong Lithium WeChat, so z vidika proizvodne opreme velike spremembe v treh vidikih pod tehnologijo brez -polarni čep (polnopolarni čep), zlasti:① postopek prevleke: določena ukrivljena oblika popolnoma polarnega čepa povzroča višje zahteve za natančnost opreme, belega prostora na zunanjem obroču pa bo vse več kot belega prostora na notranjem obroču;② oprema za rezanje: zahteve za postopek laserskega rezanja so višje. (2) oprema za rezanje: višje zahteve za postopek laserskega izrezovanja in vrzeli v prileganju plasti materiala zaradi neenakomernih rezalnih robov; (3) lasersko varjenje: število zvarjenih spojev pri laserskem točkovnem varjenju vseh ušes se poveča za več kot petkrat v primerjavi z 21700. Natančneje, glede na postopek varjenja, na primer, glede na članek Zhao Yulonga "Power Battery 4680 full lug technology scan" vsebina, popolna povezava česa in zbiralne plošče ali lupine, zahteve tehnologije laserskega varjenja so višje, zlasti od tradicionalnega točkovnega varjenja z dvema česoma do varjenja celotne površine česa, varilni postopek in obseg varjenja sta postala večja, laserska intenzivnost in goriščne razdalje ni enostavno nadzorovati, enostavno zvariti skozi zgorelo notranjost jedra ali brez varjenja;. Poleg tega nekatera podjetja predlagajo uporabo patentov za stiskanje namesto varjenja za odjemnik toka.

Kot primer vzamemo Teslino tehnologijo CTC in jo analiziramo na naslednji način: 1) Za razliko od paketa baterij 2170, ki je sestavljen iz štirih modulov, paket baterij 4680 sprejme tehnologijo CTC in paket baterij deluje kot osnovna plošča vozila. Po navedbah uradne spletne strani InsideEVs iz prečnega prereza novega paketa baterij s strukturo modela Y, prikazanega na ogledu tovarne Giga Berlin oktobra 2021, paket baterij 4680 neposredno odstrani zasnovo modula in sprejme tehnologijo CTC, ki je gosto razporejena v šasija vozila, tj. dno modela Y, opremljenega z baterijo 4680, je izdolbena in baterija deluje kot podvozje. Baterija služi kot podvozje. V nasprotju s tem ima baterija 2170 v modelu Y štiri module - dva kratka modula in dva dolga modula. In naše vesoljsko litijsko podjetje prav tako temelji na obvladovanju tehnologije velikih cilindričnih baterij, ki je prav tako daleč vodilno:http://www.optimum-china.com