1 Основна материална система
Положителен електрод материал
Три елементи материали (NCM\/NCA):
Никелът (NI) повишава капацитета, кобалтът (CO) стабилизира структурата, а манган\/алуминий (MN\/AL) повишава безопасността. Високото съдържание на никел (като NCM811, NCA) е тенденция, но предизвикателството за термична стабилност е значително.
Техническа трудност: Когато съдържанието на никел е по -голямо от 90%, има значителни проблеми с живота на цикъла и производството на газ.
Литиев железен фосфат (LFP):
Висока безопасност и ниска цена, но ниска енергийна плътност (~ 160Wh\/kg). Батериите на BYD Blade са типична структурна иновация, която подобрява проводимостта чрез нанотехнологии и въглеродно покритие.
Богата литиева манганова основа:
Теоретичният капацитет е по -голям от 300mAh\/g, но проблемите на затихването на напрежението и ниският първи ефект остават решен.
Отрицателен електрод материал
Графит:Основно решение, специфичен капацитет ~ 372mAh\/g, близо до теоретичната граница.
Отрицателен електрод на базата на силиций: theoretical capacity reaches 4200mAh/g, but volume expansion (>300%) води до лошо колоездене. Решението включва нано силиконов въглероден композит и пореста структура.
Литиев метален отрицателен електрод:Потенциален вариант за батерии с твърдо състояние, но проблемът с дендрит е тежък.
Електролит
Течен електролит:Литиев хексафлуорофосфат (LIPF6) е основният компонент, а добавки като VC и FEC са необходими за подобряване на филма SEI.
Твърдо състояние Електролити:Оксид (LLZO), сулфид (LGP) и полимер (PEO), с йонна проводимост (10 ⁻³ ~ 10 ⁻² s\/cm), а интерфейсният импеданс са ключови затруднения.
Диафрагма
Тенденцията на основния филм на полиолефин (PE\/PP) е изтъняване (<10 μ m)+ceramic coating to enhance heat resistance. The uniformity of pore size in wet process is better than that in dry process.
2 дизайн на клетъчната структура
Цилиндрични клетки на батерията (като 21700, 4680)
Tesla 4680 приема дизайн на таблица, който намалява вътрешната съпротивление с 50%, но процесът на лазерно заваряване на целия полюс е сложен.
Батерия с квадратна форма
Подреждането (CATL) срещу намотката (BYD), подреждането има 5% по -висока енергийна плътност, но по -ниска ефективност на производството. CTP (Cell to Pack) Технологията елиминира модулите и постига ефективност на групиране от над 75%.
Клетка на батерията с мек пакет
Алуминиева пластмасова опаковка, лека, но с лоша механична якост. Платформата General Motors Ultium приема "гъвкав" дизайн.
3 Основни точки на производствения процес
Електродно покритие:Отклонението на консистенцията на повърхностната плътност трябва да бъде по -малко от ± 1,5%, а сухите електроди (като Quantumscape) могат да премахнат разтворителите.
Натискане на полярни ролки:Плътността на уплътняването влияе на йонната дифузия, а графитните отрицателни електроди обикновено са 1. 6-1. 8g\/cm ³.
Инжектиране и образуване:След инжектиране на вакуум, образуването на SEI филм изисква многоетапно зареждане и изхвърляне (като 0. 02c бавно зареждане).
Контрол на сушене:Съдържанието на влага трябва да бъде по -малко от 500ppm, за да се предотврати хидролизирането на LIPF6 и генерирането на HF.
4 Пробив в авангардната технология
Ултра висок никел положителен електрод:Монокристал+допинг на градиент (като AL\/MG) подобрява стабилността.
Композитен текущ колекционер:PET субстрат+медно\/алуминиево покритие (като CATL), намаляване на теглото с 40% и подобряване на безопасността.
Предварително литиационна технология:Положителна добавка на литий на електрода (Li ₂ nio ₂) или отрицателно литиево фолио на електрода, за да компенсира загубата на първа ефект.
Сух електрод:Придобиването на Tesla от Maxwell насърчава процесите без разтвори, намалявайки консумацията на енергия с 80%.
5 Предизвикателства и тенденции
Енергийна плътност:Теоретичната граница на течните батерии е около 350Wh\/kg, докато батериите с твърдо състояние могат да надхвърлят 500Wh\/kg.
Технология за бързо зареждане:Силиконов отрицателен електрод+свръхпроводящ електролит може да бъде начислен до 80% за 15 минути, но рискът от утаяване на литиева трябва да бъде потиснат.
Икономика на рециклиране:Ефективността на мокрото възстановяване на кобалт и никел е по-голяма от 98%, но трябва да се разработят нискотарифни разтвори за рециклиране на батерията на LFP.
6 От гледна точка на индустриалната верига
Оборудване:Прецизността на машината за покритие достига ± 1 μm, а скоростта на намотката е по -голяма от 3M\/s (водеща интелигентна).
Разходи:LFP клетките на батерията са намалени до<80/kWh, while ternary battery cells are around 100/kWh.