El salt de rendiment de les cèl·lules de la bateria de liti sempre s’ha basat en avenços continus en la tecnologia de materials. La innovació en materials d’elèctrodes positius, materials d’elèctrodes negatius, separadors i electròlits per part de la investigació i indústria científica global impulsen l’evolució de les cèl·lules de la bateria cap a una major densitat d’energia, una vida cicle més llarga i una millor seguretat. Aquesta innovació de materials de cadena completa proporciona la força motriu bàsica per a nous vehicles energètics, emmagatzematge d’energia i altres camps.
1 Material d’elèctrodes positius: equilibri d’alta capacitat i estabilitat
La ruta "High Nickel Ternary" de la Xina continua passant. El material d’elèctrodes positius NCM911 (amb un contingut de níquel del 90%) desenvolupat per una determinada empresa té una capacitat específica de 220mAh/g, que és un 10% superior al NCM811, i la densitat d’energia de la cèl·lula de la bateria supera les 800WH/L. Mitjançant el procés "Monocrystaline+Recobriment": les partícules secundàries es trenquen en cristalls simples (mida de partícula 3 μ m), i la superfície està recoberta amb una pel·lícula fina de Lipo3 (gruix 2nm). Després de 500 cicles, la taxa de retenció de capacitat arriba al 90%, resolent el problema del col·lapse estructural en materials alts de níquel. En una bateria de vehicles elèctrics alts -, aquest material permet una gamma de més de 1000 quilòmetres.
La innovació de càtodes lliures de cobalt als Estats Units redueix els costos. L’elèctrode positiu de fosfat de ferro de manganès de liti (LMFP) desenvolupat per Tesla ha augmentat la seva capacitat específica de 170mAh/g de LFP a 190mAh/g mitjançant la dopatge amb element manganès (contingut del 20%), alhora que augmenta la plataforma de tensió en 0,2V. El seu procés de síntesi de fase "líquid-" redueix els costos del material un 30% en comparació amb NCM i no conté element de cobalt (per evitar riscos de recursos). Les proves han demostrat que les cèl·lules que utilitzen LMFP tenen una taxa de retenció de capacitat del 85% a - 20 graus, que és un 15% superior a LFP i adequada per a escenaris de baixa temperatura.
2 Material de l'elèctrode negatiu: l'arribada del silici - Era basada
L’avanç comercial del Japó a "Silicon Carbon Composites". L’elèctrode negatiu de carboni de silici desenvolupat per Panasonic (amb un contingut de silici del 20%) té una capacitat específica de 600mAh/g, que és 1,5 vegades la dels elèctrodes negatius de grafit i augmenta la densitat d’energia de les cèl·lules de la bateria en un 20%. Mitjançant el disseny de "partícules de silici de nano+recobriment de carboni": la mida de les partícules de silici es controla a 50nm (per evitar l'expansió i la fragmentació del volum), i la superfície està recoberta amb una capa de carboni dur (gruix 5nm). Després de 200 cicles, la taxa de retenció de capacitat arriba al 85%. L’elèctrode negatiu s’ha aplicat a una determinada bateria del vehicle elèctric, aconseguint una densitat d’energia de 300Wh/kg a la bateria.
L’elèctrode negatiu basat en titani d’Europa se centra en la seguretat. L’elèctrode negatiu de titanat de liti (LTO) d’una empresa alemanya té característiques de tensió zero (taxa de canvi de volum<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 Diafragma i electròlit: garantia invisible de seguretat i conductivitat
La "membrana recoberta" de Corea del Sud millora la resistència a la temperatura. El diafragma ceràmic recobert de LG Chem (substrat PP, recobert amb un gruix Al ₂ O3 de 3 μ m) ha millorat la resistència a la temperatura de 160 a 200 graus, amb una resistència de punció de 300GF, que és un 50% superior als diafragmes ordinaris. A la prova de fugida tèrmica, el diafragma pot retardar el temps de curtcircuit de la cel·la de la bateria a 15 minuts, comprant temps per a la resposta a la seguretat del sistema de bateries. El seu disseny "nanopor" (amb una mida de porus de 0,1 μ m) augmenta la conductivitat iònica en un 10% i redueix la resistència interna de la cèl·lula de la bateria.
L'electròlit de la flama de la Xina supera els punts de dolor de seguretat. L’electròlit “Lifsi+fosfat” desenvolupat per una determinada empresa, amb l’addició d’un retard del 10% de flama (èster fosfat de trietil), augmenta el punt d’encesa de l’electròlit de 180 graus a 300 graus sense afectar la conductivitat iònica (mantenint 10ms/cm). A la prova de punció d’agulla, les cèl·lules de la bateria que utilitzen aquest electròlit només fumen i no exploten, i han passat la certificació UL94 V - 0. Al mateix temps, l’electròlit permet a la cèl·lula de la bateria mantenir una taxa de retenció de capacitat del 70% a -30 graus, ampliant els límits d’aplicacions de baixa temperatura.
La innovació material de les cèl·lules de bateries de liti està passant des de "optimització d'un sol material" a "col·laboració completa del sistema". En el futur, amb la maduresa d’electròlits d’estat sòlid - (conductivitat iònica superior a 10 ⁻ S/cm) i rares elèctrodes lliures de metalls, les cèl·lules de la bateria assoliran l’objectiu final de la “densitat d’energia de 1000wh/L+de la vida de cicle de 100.000 vegades+seguretat absoluta”, posant el fonament material per al creixement explosiu de la nova indústria energètica.