موج نوآوری مواد در سلولهای باتری لیتیوم: پیشرفت عملکرد از آند به جداکننده

جهش عملکرد سلولهای باتری لیتیوم همواره به پیشرفت های مداوم در فناوری مواد متکی بوده است. نوآوری در مواد الکترود مثبت ، مواد الکترود منفی ، جداکننده ها و الکترولیتها توسط تحقیقات علمی جهانی و صنعت ، تکامل سلولهای باتری را به سمت چگالی انرژی بالاتر ، عمر چرخه طولانی تر و ایمنی بهتر سوق می دهد. این نوآوری کامل مواد زنجیره ای نیروی محرک اصلی وسایل نقلیه انرژی جدید ، ذخیره انرژی و سایر زمینه ها را فراهم می کند.

1 ماده الکترود مثبت: متعادل کردن ظرفیت و ثبات بالا

مسیر "سه گانه نیکل بالا" چین همچنان در حال شکستن است. ماده الکترود مثبت NCM911 (با محتوای نیکل 90 ٪) که توسط یک شرکت خاص تهیه شده است ، ظرفیت خاصی از 220mAh/g دارد که 10 ٪ بیشتر از NCM811 است و چگالی انرژی سلول باتری از 800WH/L فراتر می رود. از طریق فرآیند "پوشش مونوکریستالی+": ذرات ثانویه به کریستال های تک (اندازه ذرات 3 میکرومتر) شکسته می شوند و سطح با یک فیلم نازک LipO3 (ضخامت 2nm) پوشش داده می شود. پس از 500 چرخه ، میزان احتباس ظرفیت به 90 ٪ می رسد و مشکل فروپاشی ساختاری در مواد نیکل بالا را حل می کند. در باتری وسیله نقلیه الکتریکی End End End End End High {16} ، این ماده طیف وسیعی از بیش از 1000 کیلومتر را امکان پذیر می کند.

نوآوری کاتدهای بدون کبالت در ایالات متحده هزینه ها را کاهش می دهد. الکترود مثبت فسفات آهن منگنز لیتیوم (LMFP) که توسط تسلا ساخته شده است ، ظرفیت خاص خود را از 170mAh/g از LFP به 190mAh/g با دوپینگ با عنصر منگنز (محتوای 20 ٪) افزایش داده است ، در حالی که پلت فرم ولتاژ را با 0.2 ولت افزایش می دهد. فرآیند "سنتز فاز-}" آن هزینه های مواد را در مقایسه با NCM 30 ٪ کاهش می دهد و حاوی عنصر کبالت نیست (برای جلوگیری از خطرات منابع). آزمایشات نشان داده اند که سلولهایی که از LMFP استفاده می کنند ، میزان حفظ ظرفیت 85 ٪ در- 20 درجه دارند که 15 ٪ بیشتر از LFP است و برای سناریوهای درجه حرارت پایین مناسب است.

2 ماده الکترود منفی: ورود سیلیکون - مبتنی بر

پیشرفت تجاری ژاپن در "کامپوزیت های کربن سیلیکون". الکترود منفی کربن سیلیکون که توسط پاناسونیک (با میزان سیلیکون 20 ٪) ساخته شده است ، ظرفیت خاصی از 600mAh/g دارد که 1.5 برابر الکترودهای منفی گرافیت است و چگالی انرژی سلولهای باتری را 20 ٪ افزایش می دهد. از طریق طراحی "ذرات سیلیکون نانو+پوشش کربن": اندازه ذرات سیلیکون در 50 نانومتر کنترل می شود (برای جلوگیری از انبساط و تکه تکه شدن حجم) ، و سطح با یک لایه کربن سخت (ضخامت 5 نانومتر) پوشش داده می شود. پس از 200 چرخه ، نرخ احتباس ظرفیت به 85 ٪ می رسد. الکترود منفی در یک باتری وسیله نقلیه الکتریکی خاص اعمال شده است و به چگالی انرژی 300WH/کیلوگرم در بسته باتری رسیده است.

"الکترود منفی مبتنی بر تیتانیوم" بر ایمنی متمرکز است. الکترود منفی لیتیوم تیتانات (LTO) یک شرکت آلمانی دارای ویژگی های کرنش صفر است (میزان تغییر حجم<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 دیافراگم و الکترولیت: ضمانت نامرئی ایمنی و هدایت

"غشای روکش شده" کره جنوبی مقاومت در برابر دمای بالا را افزایش می دهد. دیافراگم روکش شده با سرامیک LG Chem (بستر PP ، با ضخامت Al ₂ O3 3 میکرومتر) مقاومت دما را از 160 درجه به 200 درجه بهبود بخشیده است ، با مقاومت سوراخ 300 گرم ، که 50 ٪ بیشتر از دیافراگم های معمولی است. در تست فراری حرارتی ، دیافراگم می تواند زمان کوتاه اتصال سلول باتری را تا 15 دقیقه به تأخیر بیندازد و زمان پاسخ ایمنی سیستم باتری را خریداری می کند. طراحی "نانوپور" آن (با اندازه منافذ 0.1 میکرومتر) هدایت یون را 10 ٪ افزایش می دهد و مقاومت داخلی سلول باتری را کاهش می دهد.

"الکترولیت عقب مانده شعله" چین بر نقاط درد ایمنی غلبه می کند. الکترولیت "LIFSI+فسفات استر" که توسط یک شرکت خاص ساخته شده است ، با افزودن 10 ٪ مقاوم در برابر شعله (استر فسفات تری اتیل) ، نقطه احتراق الکترولیت را از 180 درجه به 300 درجه افزایش می دهد بدون اینکه بر هدایت یون تأثیر بگذارد (حفظ 10ms/cm). در تست سوراخ سوزن ، سلولهای باتری با استفاده از این الکترولیت فقط دود می کنند و منفجر نمی شوند و صدور گواهینامه UL94 V- 0 را پشت سر گذاشته اند. در عین حال ، الکترولیت سلول باتری را قادر می سازد تا میزان احتباس ظرفیت 70 ٪ در -30 درجه را حفظ کند و مرزهای برنامه های با دمای پایین را گسترش دهد.

نوآوری مواد سلولهای باتری لیتیوم از "بهینه سازی تک مواد" به "همکاری کامل سیستم" در حال تغییر است. در آینده ، با بلوغ الکترولیت های حالت جامد- (رسانایی یون بیش از 10 ⁻ s/cm) و الکترودهای بدون فلز نادر ، سلولهای باتری به هدف نهایی "چگالی انرژی 1000WH/L+چرخه چرخه 100000 برابر+ایمنی مطلق" می رسند ، و پایه و اساس مواد برای رشد مواد مخدر از رشد انرژی جدید را فراهم می کند.