Nova tecnologia de la bateria Li-ion

Nova tecnologia de bateria d'ions de liti: centrar-se en cilindres grans, nuclis llargs i altres oportunitats d'innovació

1. Desenvolupament de la bateria: la càrrega ultraràpida, la seguretat i altres rendiments són la direcció principal; centrar-se en cilindres grans, cèl·lules llargues i altres innovacions estructurals

1.1 Tendències de rendiment de la bateria: disseny de fàbrica de bateries d'alta relació energètica, càrrega i seguretat ultra ràpides i altres indicacions tècniques

Ningde Time, BYD i altres fàbriques de bateries bàsiques s'estan desenvolupant en la direcció d'una alta relació energètica, una càrrega súper ràpida i tecnologies de seguretat de la bateria, i el camí de realització inclou innovació estructural, innovació de materials, etc.

    Ningde Times, la principal fàbrica de bateries, ha establert sis direccions com ara una alta relació energètica, una càrrega súper ràpida i una seguretat real, i els tipus de tecnologies inclouen innovació estructural, innovació de materials i innovació de gestió. Segons el lloc web oficial de Ningde Times, podem veure que Ningde Times s'ha establert en sis direccions d'innovació estructural, innovació de materials i innovació de gestió, que són alta energia específica, llarga vida, càrrega ultra ràpida, seguretat real, control de temperatura i gestió intel·ligent. Prengui com a exemple la càrrega súper ràpida, la càrrega súper ràpida de Ningde Time es refereix a la càrrega més ràpida de 5 minuts al 80%, pel que fa a l'estructura, s'adopten la peça de pol multi-gradient i el mètode multi-orella, concretament:① Peça de pol multigradient: mitjançant la regulació de la distribució del gradient de l'estructura porosa de la peça de pol, la capa superior d'estructura d'alta porositat, la capa inferior d'estructura de densitat sòlida d'alta pressió, tenint perfectament en compte el nucli dual d'alta densitat d'energia i càrrega súper ràpida;② multi-orella: desenvolupament d'espai multidimensional (2) Multicapa: desenvolupament de la tecnologia multidimensional de l'espai, que millora considerablement la capacitat de càrrega actual de la peça polar i trenca el coll d'ampolla tècnic de l'elevada temperatura de la bateria. cel·la durant la càrrega directa de 500 A.

1.2 Nou tipus d'innovació de bateria/estructura: grans cilíndriques, cèl·lules llargues, etc. són direccions de disseny importants per a les fàbriques de bateries

Hem pentinat la forma de la bateria, el progrés de la producció en massa, l'índex de rendiment i les característiques avantatjoses de les principals fàbriques de bateries, que estan dissenyant activament noves formes de bateries, com ara cilindres grans i cèl·lules llargues. Prengui Honeycomb Energy com a exemple, la segona generació de la seva cel·la llarga i fina laminat L600 ha completat el desenvolupament i s'espera que aconsegueixi una producció massiva en Q3 2022; Pel que fa a l'índex de rendiment, la capacitat de la cèl·lula única L600 ha augmentat fins a 196 Ah, la densitat d'energia és de més de 185 wh/kg i la densitat d'energia de volum és de més de 430 wh/L, que té característiques avantatjoses com ara alta compatibilitat, alta adaptabilitat, alta seguretat. i llarga vida.

(2) Gran cilíndrica: Tesla, BAK, EVERLIGHT i altres fàbriques de bateries estan disposant grans bateries cilíndriques. Prengui Tesla com a exemple, la bateria 4680 adopta un càtode de níquel + un material de càtode de carboni de silici i tecnologia sense elèctrodes, amb una densitat d'energia de 300 Wh/kg, la capacitat de la bateria és 5 vegades més gran que la solució 2170 actual i la potència de sortida és 6 vegades més alt. A més, té avantatges en densitat d'energia, potència i eficiència de càrrega.

2. Gran cilíndrica: s'espera que les aplicacions làser augmentin; requisits d'alta precisió de l'equip

2.1 Bateria cilíndrica gran: prenem com a exemple el Tesla 4680, les innovacions tècniques com l'elèctrode sec i l'extensió sense elèctrodes mereixen atenció

Segons el document, la bateria cilíndrica 4680 és una innovació estructural més de la bateria cilíndrica del 1865 al 2170 més petit. En comparació amb la bateria 2170 utilitzada anteriorment, la bateria 4680 redueix significativament la generació de calor, soluciona el problema de dissipació de calor d'alta densitat d'energia. cèl·lules, i augmenta la potència màxima de càrrega i descàrrega, fent que la bateria 4680 sigui 5 vegades més energia i 6 vegades més que la bateria 2170, alhora que redueix el cost en un 14% i augmenta l'abast un 16%.

Pel que fa a la innovació estructural i el procés de fabricació, el 4680 té tres innovacions tecnològiques importants en comparació amb les bateries anteriors: procés d'elèctrodes secs, sense puntes (totes les puntes) i tecnologia CTC, que han donat lloc a menors costos de producció de cèl·lules i majors millores de rendiment. Prengui com a exemple la tecnologia sense lugs, el disseny de la cèl·lula 4680 converteix tot el col·lector en agulles, el camí conductor ja no depèn de les agulles i la transmissió actual es canvia de la transmissió transversal al llarg de les agulles a la placa del col·lector a la transmissió longitudinal en el col·lector, que redueix la resistència a 2mΩ i el consum de resistència interna de 2W a 0.2W.

2.2 Procés d'elèctrodes secs: baix cost en comparació amb el procés humit tradicional, el nucli es troba en la formulació d'elèctrodes i equips d'extrusió de pel·lícules

La tecnologia d'elèctrodes secs de Maxwell és adequada per a la química actual de la bateria de liti i els nous materials avançats d'elèctrodes, no s'utilitza cap dissolvent en el procés de fabricació i es pot estendre a la producció roll-to-roll, i la tecnologia bàsica és la formulació d'elèctrodes i la formació de pel·lícules. equip d'extrusió.

(1) Segons el document "Tecnologia de recobriment d'elèctrodes secs" de Hieu Duong, Joon Shin i Yudi Yudi, la tecnologia d'elèctrodes secs de Maxwell consta de tres passos: (i) barreja de pols seca, (ii) emmotllament de pols a recobriment prim, (iii) ) recobriment prim i premsat de recollida de fluids, els tres passos estan lliures de dissolvents. El procés d'elèctrodes secs de Maxwell és escalable a les químiques actuals de bateries d'ió de liti i nous materials avançats d'elèctrodes de bateria; específicament, el procés sec patentat de Maxwell s'utilitza per barrejar la pols per formar una barreja final en pols de materials actius, aglutinants i additius conductors, que s'extrudeix i calandra per formar La barreja de pols s'extrudeix i calandra per formar un sec continu i autosuficient. - Pel·lícula d'elèctrode recoberta que també es pot enrotllar en rotlles. Finalment, la capa fina d'elèctrode es pressiona juntament amb el fluid col·lector per formar l'elèctrode de la bateria.

(2) Pel que fa als avantatges, segons el document "Tecnologia de recobriment d'elèctrodes secs" de Hieu Duong, Joon Shin i Yudi Yudi, el procés d'elèctrodes secs de Maxwell es pot aplicar a materials de bateries clàssics i avançats i es pot estendre a la bobina. -Producció de bobines en comparació amb els elèctrodes humits tradicionals. (3) Pel que fa a la tecnologia bàsica, segons Battery World Online, la tecnologia bàsica del procés d'elèctrodes secs de Maxwell és la formulació d'elèctrodes i la tecnologia i l'equip d'extrusió de formació de pel·lícules.

A més, els elèctrodes secs es poden realitzar mitjançant diversos mètodes, com ara el làser polsat i la deposició per pulverització, que requereixen un procés de recuit de pel·lícula addicional en comparació amb els processos d'elèctrodes humits i secs de Maxwell. Segons el document "Fabricació d'electrodes sense dissolvents per a bateries d'ions de liti" de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang i Heng Pan, a diferència del procés de preparació d'elèctrodes humits, els elèctrodes secs es poden fabricar mitjançant deposició làser polsada. El procés d'elèctrode sec es pot aconseguir mitjançant diversos mètodes, com ara la deposició polsada per làser i pols, que no requereix assecat, però requereix un recuit addicional de pel·lícula prima a causa de l'alta temperatura causada per la deposició de làser polsat. El procés de preparació dels elèctrodes proposat en aquest article és el següent.

(1) Procés de preparació d'elèctrodes humits① Procés de fosa de pasta: els elèctrodes de bateries de liti es fabriquen mitjançant la colada d'una pasta (que conté material actiu en dissolvent, carboni conductor i aglutinant) sobre un col·lector de metall. L'aglutinant més comú és el PVDF (predissolt en el dissolvent NMP), i el purín resultant es barreja i es col·loca al col·lector, que s'ha d'assecar per evaporar el dissolvent per produir un elèctrode porós sec. L'assecat triga molt de temps, normalment 12-24 hores a 120grauC. A més, com que el NMP és costós i contaminant, s'ha d'instal·lar un sistema de recuperació per recuperar el NMP evaporat durant el procés d'assecat (afegit una inversió de capital important).

Deposició de polvorització electrostàtica a base de dissolvent: el material d'elèctrode s'aplica al col·lector mitjançant una deposició de polvorització electrostàtica a base de dissolvent, és a dir, el material dipositat s'atomitza en un filtre i s'aplica al col·lector; els elèctrodes construïts d'aquesta manera presenten propietats similars als elèctrodes de fosa, amb l'inconvenient similar de requerir un procés d'assecat intensiu que també requereix temps i energia (2 hores a 400grauC). Les bateries de liti també es produeixen mitjançant la tècnica de polvorització, on cada conjunt d'elèctrodes es ruixa a la superfície desitjada mitjançant un recobriment basat en NMP, que encara requereix l'evaporació del dissolvent.

(2) El procés de preparació d'elèctrodes secs s'aconsegueix mitjançant diversos mètodes, com ara el làser polsat i la deposició per pols. La deposició per làser polsat s'aconsegueix enfocant un làser sobre un objectiu que conté el material a dipositar, i un cop el làser arriba a l'objectiu, el material es vaporitza i es diposita al col·lector; encara que no s'utilitza dissolvent, la pel·lícula dipositada ha de suportar temperatures de 650-800grauC, mentre que la deposició de magnetrons pot reduir la temperatura de recuit necessària a 350grauC. Aquest mètode és representatiu de la fabricació d'elèctrodes de cèl·lules seques, però la velocitat de deposició és lenta i requereix un recuit a alta temperatura.

El procés d'elèctrode sec és menys costós que el procés humit tradicional, principalment en termes de cost laboral, inversió en equips i espai de planta. Segons el document "Fabricació d'elèctrodes sense dissolvents per a bateries d'ions de liti" de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang i Heng Pan, per exemple, Escenari de disseny de bateries 1. Per exemple, la producció d'elèctrodes secs és del 21,6% , un 14,2% i un 13,1% menys en mà d'obra directa, cost d'equip i àrea de planta, respectivament, que la producció d'elèctrodes humits, suposant que es produeixen 100000 cèl·lules a l'any.

2.3 Tecnologia Lugless (tot lug): redueix la resistència interna de la bateria, el volum de soldadura làser cap amunt, els requisits de precisió de l'equip elevats

La tecnologia (totes les orelles) pot reduir significativament la resistència i el consum de resistència interna de la bateria. Segons el document de Yulong Zhao "Escaneig de tecnologia de bateria completa 4680": 1) Bateria cilíndrica tradicional: la làmina de coure positiva i negativa i el diafragma de paper d'alumini s'apilen i s'enrotllen, i es solda un cable guia (punta) a cada extrem del coure. paper d'alumini i paper d'alumini per conduir l'elèctrode. (2) Bateria 4680: tot el col·lector es converteix en una llanta, el camí conductor ja no depèn de l'extensió, el corrent es transfereix des de la transmissió transversal al llarg de l'extensió fins al col·lector fins a la transmissió longitudinal del col·lector, tot el conductor. la longitud es canvia de 800-1000mm de la longitud de la làmina de coure de 1860 o 2170 a Tota la longitud conductora es canvia de 800-1000mm de la longitud de la làmina de coure de 1860 o 2170 a 80 mm (alçada de la cel·la), que redueix la resistència a 2mΩ i el consum de resistència interna de 2W a 0.2W, un ordre de magnitud inferior.

Característiques del disseny estructural: l'àrea de contacte/conducció de l'extrem en un extrem de la cel·la és igual/més gran que el col·lector. Segons el número públic oficial de WeChat de GaoGong Lithium, la patent de Tesla descriu almenys un elèctrode com a suport de bateria sense lugs, específicament: 1) El nivell inferior del nucli: l'extrem del col·lector es deixa blanc i no està recobert. amb materials positius/negatius, on la part del col·lector es pot entendre com una llanta generalitzada, Tesla. La clau del disseny "sense cordons" és que l'àrea de conducció de l'agulla és exactament la mateixa que el col·lector, o fins i tot l'àrea de contacte i l'àrea de conducció. són més grans que l'àrea de conducció del col·lector a través del disseny de l'estructura diversificada de la coberta; 2) el nivell superior del nucli: si només s'utilitza un elèctrode sense solució de puntes, l'extrem superior segueix sent el mateix que el disseny del nucli 18650, 21700. Segons l'anàlisi de patents, només un extrem de la connexió sense cordons pot aconseguir l'efecte de reduir 5 vegades la resistència interna.

(1) Procés de producció: segons el número públic oficial de WeChat de la xarxa de materials d'automòbil, que es cita a Automotive Home, hi ha dos processos de producció per a les puntes d'inducció, és a dir, primer tall i després bobinat, primer bobinat i després matriu làser. tall, concretament:① Primer tall i després bobinat: mitjançant un càlcul precís, el material es talla en moltes parts abans de l'enrotllament. Quan el bobinatge arriba a l'energia predeterminada, es realitza la soldadura. Troquelat per làser després de l'enrotllament: el material s'enrotlla directament independentment de l'amplada i la mida, i el tall per làser es realitza sobre l'excés de material després d'arribar a l'energia predeterminada, que requereix una alta precisió.

(2) Requisits d'equips: segons el número públic oficial de WeChat de la xarxa de materials d'automòbil, citant la informació d'Auto House i el número públic de GaoGong Lithium WeChat, des de la perspectiva dels equips de producció, hi ha canvis importants en tres aspectes sota la tecnologia de no -polar lug (tot-polar lug), concretament:① procés de recobriment: la certa forma corbada de l'extrem polar provoca requisits més elevats de precisió de l'equip i l'espai en blanc de l'anell exterior serà cada cop més gran que l'espai en blanc de l'anell interior;② equip de tall: els requisits per al procés de tall per làser són més elevats. (2) equip de tall: requisits més elevats per al procés de tall amb làser i buits en l'ajust de la capa de material a causa de les vores de tall desiguals; (3) soldadura per làser: el nombre d'unions soldades a la soldadura per punts làser de totes les puntes augmenta més de cinc vegades en comparació amb 21700. Concretament, segons el procés de soldadura, per exemple, segons el document de Zhao Yulong "Power Battery 4680 full Contingut d'escaneig de la tecnologia d'extrems, la connexió completa de la placa col·lectora o de la carcassa, els requisits de la tecnologia de soldadura làser són més alts, concretament, des de la soldadura per punts tradicional de dues puntes fins a la soldadura de superfície completa, el procés de soldadura i el volum de soldadura s'han convertit en més, la intensitat del làser i la distància focal no és fàcil de controlar, fàcil de soldar a través de cremades a l'interior del nucli o sense soldadura;. A més, algunes empreses proposen utilitzar patents d'ajustament a pressió en lloc de soldadura per al col·lector actual.

Prenem com a exemple la tecnologia CTC de Tesla i l'analitzem de la següent manera: 1) A diferència del paquet de bateries 2170 que consta de quatre mòduls, el paquet de bateries 4680 adopta la tecnologia CTC i el paquet de bateries actua com a placa base del vehicle. Segons el lloc web oficial d'InsideEVs, des de la vista transversal del nou paquet de bateries d'estructura Model Y mostrat a la visita a la fàbrica de Giga Berlin l'octubre de 2021, el paquet de bateries 4680 elimina directament el disseny del mòdul i adopta la tecnologia CTC, que està densament disposada en el xassís del vehicle, és a dir, la part inferior del model Y equipat amb la bateria 4680 està buida i la bateria actua com a sota de la carrosseria. El paquet de bateries serveix com a sota de la carrosseria. En canvi, la bateria 2170 del Model Y té quatre mòduls: dos mòduls curts i dos mòduls llargs. I la nostra empresa de liti aeroespacial també es basa en el domini de la tecnologia de bateries cilíndriques grans també és un líder llunyà:http://www.optimum-china.com