En el context de la transició energètica global, les cèl·lules de bateries de liti, com a unitat principal d’emmagatzematge d’energia, s’han convertit en un motor clau per al desenvolupament de la nova indústria energètica mitjançant la innovació tecnològica. Des de la innovació del sistema material fins a l’optimització del disseny estructural i, a continuació, fins a les actualitzacions de processos de fabricació, les cèl·lules de bateries de liti estan experimentant avenços tecnològics integrals, ampliant constantment els seus límits de rendiment per satisfer la creixent demanda del mercat.
Innovació material: remodelació de la pedra angular del rendiment de les cèl·lules de la bateria
Material d’elèctrodes positius: la ruta avançada del fosfat de ferro de níquel alt i de liti
Els materials ternaris alts de níquel ocupen una posició important en camps de demanda d’alta energia com els vehicles elèctrics a causa del seu avantatge d’alta densitat energètica. Amb l’augment del contingut de níquel, com ara el desenvolupament i l’aplicació de NCM811 (relació de níquel de níquel de cobalt 8: 1: 1) i fins i tot materials de proporció de níquel, s’ha millorat significativament la densitat d’energia de les cèl·lules de la bateria. Tanmateix, no es poden ignorar els problemes d’estabilitat tèrmica causats per níquel alt. Els investigadors han millorat el material NCM811 mitjançant mètodes com el dopatge d’elements i el recobriment de superfície. Per exemple, una capa d’òxid d’alumini (AL ₂ O3) està recoberta a la superfície del material NCM811, suprimint eficaçment la transició de fase estructural i la barreja de níquel de liti a temperatures elevades, millorant l’estabilitat tèrmica i augmentant la taxa de retenció de capacitat de la bateria del 70% al 85% en les proves de ciclisme de gran temperatura.
El material de fosfat de ferro de liti (LFP) s’utilitza àmpliament en l’emmagatzematge d’energia i alguns camps d’energia amb requisits de densitat d’energia relativament baixos a causa de la seva excel·lent seguretat, la seva vida de cicle llarg i els avantatges dels costos. En els darrers anys, la conductivitat electrònica i la taxa de difusió d’ions de liti dels materials LFP s’han millorat significativament, i la densitat d’energia també s’ha millorat fins a cert punt mitjançant l’ús de nanomaterials, recobriment de carboni i nous additius conductors. Les noves cèl·lules de bateries LFP desenvolupades per algunes empreses tenen una densitat d’energia superior a 200Wh\/kg, que s’acosta al nivell d’algunes cèl·lules de la bateria ternària i una vida cicle de més de 8.000 vegades, consolidant encara més la seva competitivitat en mercats específics.
Material d’elèctrodes negatius: el compost de grafit basat en silici i grafit obre un nou capítol
Els materials tradicionals de l'elèctrode negatiu de grafit ja no són capaços de complir la major persecució de la densitat d'energia de les cèl·lules de la bateria. Els materials basats en silici s’han convertit en un punt de recerca de recerca a causa de la seva capacitat específica teòrica ultra-alta (fins a 4200mAh\/g, aproximadament 10 vegades la del grafit). No obstant això, el silici experimenta una expansió significativa del volum (fins a un 300%) durant el procés de càrrega i descàrrega, provocant danys a l'estructura de l'elèctrode i una ràpida decadència de la capacitat. Per solucionar aquest problema, han sorgit materials elèctrodes negatius compostos de carboni de silici. Si es dispersa uniformement nanopartícules de silici en una matriu de grafit i utilitzant un procés especial de recobriment, es alleuja efectivament el canvi de volum de silici. Algunes empreses han aconseguit la producció massiva i l’aplicació de materials d’elèctrodes negatius compostos de carboni de silici, i la densitat d’energia de les cèl·lules de bateries equipades amb aquest material ha augmentat un 15% {{5}%, proporcionant un camí factible per aconseguir bateries de liti d’alta energia.
Disseny estructural Innovació: millorar el rendiment integral de les cèl·lules de la bateria
Transformació de l'estructura de la bateria de Mòdul (CTP) i de la bateria
La tecnologia Free Mòdul (CTP) elimina l'estructura tradicional de les cel·les de bateries a les bateries i després a les bateries i integra les cèl·lules de la bateria directament a la bateria, millorant molt la utilització de l'espai i la densitat d'energia de la bateria. Per exemple, el sistema de bateries CTP d’una determinada empresa ha reduït el nombre de components en un 40%, ha augmentat la densitat d’energia volumètrica en un 15%{{3}%, augment de l’eficiència de producció en un 50%i va reduir els costos de fabricació. Les bateries de la fulla són un tipus especial d’estructura de cèl·lules llargues i primes que aconsegueix una gran utilització d’espai i una millora de la seguretat mitjançant l’organització directament de múltiples cèl·lules en forma de fulla en un paquet de bateries. Les bateries de les fulles no s’encenen ni fumen durant les proves de punció d’agulla, significativament millors que les cèl·lules cilíndriques i quadrades tradicionals, aportant un salt qualitatiu al rendiment de seguretat dels vehicles elèctrics.
Optimització i actualització d’estructures laminades i de ferides
Les cèl·lules d’estructura apilades funcionen bé en aplicacions d’alta potència a causa de la seva gran àrea de contacte entre fulls d’elèctrodes i baixa resistència interna. El nou procés laminant adopta equips automatitzats i d’alta precisió per millorar l’eficiència i la coherència laminant i reduir les fluctuacions de qualitat causades per les operacions manuals. Mentrestant, optimitzant el nombre de capes apilades i la mida dels elèctrodes, es pot millorar encara més el rendiment de la cèl·lula de la bateria. La bateria de la bateria de l'estructura de la ferida té avantatges en la maduresa del procés i l'eficiència de la producció. En millorar els equips de bobinatge i els paràmetres de procés, com ara l'ús de separadors més prims i fulls d'elèctrodes, es pot millorar la precisió del bobinatge, donant lloc a un augment de la densitat d'energia i la vida cicle de la cèl·lula de la bateria. Algunes empreses combinen estructures laminades i de ferides per desenvolupar cèl·lules de bateries d’estructura híbrida, que combinen els avantatges d’ambdós i satisfan les necessitats de diferents escenaris d’aplicació.
Innovació del procés de fabricació: garantir la qualitat i la coherència cel·lulars
La digitalització i la fabricació intel·ligent milloren la precisió de la producció
Les tecnologies digitals i intel·ligents s’utilitzen àmpliament en el procés de fabricació de les bateries de liti. El control automatitzat i el control de dades en temps real s’han aconseguit en totes les etapes, des de lots de matèries primeres, recobriment d’elèctrodes, bobinatge\/laminació al conjunt cel·lular, injecció de líquid i conversió química. En establir un model digital, es poden controlar amb precisió paràmetres clau com la temperatura, la pressió, la humitat, el gruix del recobriment i la tensió de bobinatge en el procés de producció per assegurar la coherència en la qualitat del producte. Per exemple, els equips de recobriment intel·ligents utilitzen sensors per controlar el gruix del recobriment en temps real i ajustar automàticament els paràmetres de recobriment mitjançant sistemes de control de retroalimentació, mantenint els errors de gruix de recobriment dins de ± 2 μ m, millorant molt la qualitat dels elèctrodes i millorant el rendiment global i la fiabilitat de les cèl·lules de la bateria.
La tecnologia de proves avançades garanteix la qualitat de les cèl·lules de la bateria
Per garantir l’elevada qualitat de les bateries de liti, la tecnologia de proves avançades s’executa durant tot el procés de producció. En el procés de prova de matèries primeres, la difracció de raigs X (XRD), la microscòpia electrònica d’escaneig (SEM) i altres mètodes s’utilitzen per analitzar la microestructura i la composició de materials d’elèctrodes positius i negatius, electròlits, etc., per assegurar que la qualitat de les matèries primeres compleix els estàndards. Durant el procés de producció de cèl·lules de la bateria, s’utilitzen la resistència d’alta precisió, la capacitança, els instruments de mesura d’inductància i els provadors de resistència interna de la bateria per controlar els paràmetres de rendiment elèctric de les cèl·lules en temps real. En l’etapa de proves de producte acabada, es realitza una avaluació integral de rendiment de les cèl·lules de la bateria mitjançant sistemes de proves de càrrega i descàrrega, equips de prova d’acceleració envellits, dispositius de proves de desbordament tèrmica, etc., per seleccionar productes amb un excel·lent rendiment. Al mateix temps, s’introdueixen algoritmes d’anàlisi de dades grans i d’intel·ligència artificial per obtenir dades de detecció de mines profundament, aconseguir una traçabilitat de qualitat i un manteniment predictiu del procés de producció, reduir eficaçment les taxes de defectes del producte i millorar l’eficiència de la producció empresarial i els beneficis econòmics.