Quan la densitat energètica de les cèl·lules de la bateria de liti supera el llindar de 300Wh/kg, els materials elèctrics positius de níquel es converteixen en la força motriu clau que hi ha al darrere. El contingut de níquel ha saltat de 5 sèries (NI50%) a 8 sèries (NI80%) i fins i tot de 9 sèries (NI90%), que no només augmenta la capacitat de la bateria en més del 20%, sinó que també afavoreix el rang del vehicle elèctric fins a superar fàcilment els 600 quilòmetres. Però darrere d'aquesta "competència d'addició de níquel" hi ha un equilibri estricte entre l'estabilitat del material i la precisió del procés.
1 El joc d’activitat i estabilitat: avenç a nivell material
La contradicció bàsica dels alts materials de níquel rau en la compensació entre activitat i estabilitat. L’augment del contingut de níquel millora la capacitat de desinterercallació d’ions de liti, però pot conduir al col·lapse de l’estructura de material d’elèctrodes positius: la taxa de retenció de capacitat de 8 cèl·lules de la sèrie sol ser un 10% inferior a la de les cèl·lules de 5 sèries després de 200 cicles. Per solucionar aquest problema, els fabricants adopten el procés "monocristal·lí" per convertir les partícules tradicionals policristal·lines en cristalls únics complets, reduint les reaccions del límit del gra entre les partícules. La vida ciclista de la cèl·lula de cristall de 9 sèries de la companyia ha superat els 1500 vegades, que és un 50% més llarg que els productes policristal·lins ordinaris.
La tecnologia de recobriment superficial és com posar "roba de protecció" al material de l'elèctrode positiu. Cobrint la superfície de les partícules amb una capa de pel·lícula Al ₂ O ⅲ o Lipo ⅲ, pot bloquejar l'erosió dels electròlits sense afectar la conducció de ions de liti. Les proves han demostrat que la taxa de decadència de la capacitat de 811 cèl·lules de la bateria (NI80% CO10% MN10%) després del tractament de recobriment es redueix un 30% durant el ciclisme a alta temperatura a 60 graus. La tecnologia de modificació de dopatge pot millorar l'estabilitat de l'estructura de cristalls introduint elements com MG i Zr. Una cèl·lula de bateria de níquel elevada del 92% dopada amb MG encara manté una taxa de retenció de capacitat del 85% després de 1000 cicles, superant amb escreix la mitjana de la indústria del 70%.
2 Millimeter Nivell Control del procés: batalla de precisió en el procés de producció
Els materials alts de níquel són extremadament sensibles a la humitat i el taller de lots necessita mantenir un entorn sec amb un punt de rosada per sota de -40 graus, que és 100 vegades més sec que l’aire a les zones del desert. Una vegada que el contingut d’humitat superi els 50 ppm, farà que la hidròlisi de material produeixi gas HF, corrogui els elèctrodes i causi inflor cel·lular. Una empresa líder utilitza un sistema d’assecat de tres nivells (deshumidificació rotativa+forn de buit+protecció de gas inert) per controlar el contingut d’humitat dels materials dins de 10 ppm, reduint la velocitat de defecte de les cèl·lules de la bateria fins a un 0,5%per sota del 0,5%.
L’error de densitat de superfície en el procés de recobriment ha de ser controlat dins del ± 1%, en cas contrari, el contingut excessiu de níquel pot provocar micro -circuits. Una línia de producció de Ningde Times utilitza la detecció en línia làser per controlar la fluctuació del gruix de l'elèctrode a 2 μ m i col·labora amb els servo motors per ajustar la velocitat de recobriment en temps real, augmentant així el rendiment de cèl·lules de bateria de níquel elevades del 75% al 92%. El procés de rodatge adopta la tecnologia de "pressió de gradient", amb la pressió de vora un 10% inferior al centre, evitant la ruptura de partícules de material de níquel elevades. La densitat de compactació dels elèctrodes pot arribar a 4,2g/cm ³, que és un 8% superior als processos tradicionals.
3 Aplicació basada en escenaris: la manera d’adaptar -se dels vehicles elèctrics a l’emmagatzematge d’energia
Avui en dia, les cèl·lules de bateria de níquel elevades han penetrat des de vehicles elèctrics de gamma alta fins al camp d’emmagatzematge d’energia. A les bateries d’emmagatzematge d’energia domèstica, les cèl·lules de la bateria de la sèrie 8, amb el seu avantatge de densitat d’energia, redueixen la mida de l’armari d’emmagatzematge d’energia en un 15%. No obstant això, per equilibrar els costos, els fabricants sovint adopten una solució d’emmagatzematge híbrida de “Níquel de Níquel+Níquel+Lithi: utilitzant cèl·lules de bateria de níquel elevades per a la càrrega i la descàrrega ràpides durant el dia i el fosfat de ferro de liti per mantenir l’alimentació bàsica a la nit, aconseguint una situació guanyadora entre el rendiment i l’economia. Després d’adoptar aquesta solució, el sistema d’emmagatzematge d’energia d’una llar alemanya va reduir el cost de l’electricitat en 0,1 euros per quilowatt per hora i va reduir el període de devolució de la inversió en 1,5 anys.
En el camp de vehicles especials, es demostra l’elevat rendiment de les bateries altes de níquel. El carretó elevador elèctric equipat amb cèl·lules de bateria de 9 sèries pot suportar una càrrega ràpida 1C (completament carregada en 1 hora), ampliant el temps de funcionament continu a 8 hores, que és un 30% superior a les bateries tradicionals de fosfat de ferro de liti. Al camp dels drons, la cèl·lula de bateria cilíndrica de níquel elevada de 21700 especificacions té una densitat d’energia de 280Wh/kg, cosa que permet que el temps de resistència dels drons de protecció de cultius superi els 40 minuts i augmenta l’eficiència operativa un 25%.
El desenvolupament de cèl·lules elèctrodes positives de níquel elevat és essencialment un art tècnic de "manipulació precisa": té com a objectiu maximitzar el potencial energètic dels elements de níquel mentre domina el seu "temperament ferotge" mitjançant la modificació del material i l'optimització de processos. Amb la maduresa de tecnologies com ara l'estructura de níquel i níquel lliure de cobalt, aquesta tècnica d'equilibri impulsarà les bateries de liti cap a una major densitat d'energia i una vida més llarga.