Скоростта на производителността на клетките на литиевата батерия винаги е разчитала на непрекъснати пробиви в материалните технологии. Иновациите в положителните електродни материали, отрицателните електродни материали, сепараторите и електролитите от глобалните научни изследвания и индустрията водят до еволюцията на клетките на батерията към по -висока енергийна плътност, по -дълъг живот на цикъла и по -добра безопасност. Тази иновация с пълна верига осигурява основната движеща сила за нови енергийни превозни средства, съхранение на енергия и други полета.
1 Положителен материал за електрод: Балансиране на високия капацитет и стабилност
Китайският маршрут на „високия никел тройник“ продължава да пробива. Положителният електроден материал NCM911 (със съдържание на никел 90%), разработен от определено предприятие, има специфичен капацитет 220mAh/g, който е с 10% по -висок от NCM811, а енергийната плътност на батерията надвишава 800WH/L. Чрез процеса на "монокристално+покритие": вторичните частици се разбиват на единични кристали (размер на частиците 3 μm), а повърхността е покрита с тънък филм LiPO3 (дебелина 2nm). След 500 цикъла процентът на задържане на капацитета достига 90%, решавайки проблема със структурния срив във високите никелови материали. Във висока - батерия за електрическо превозно средство, този материал позволява обхват от над 1000 километра.
Иновациите на без кобалтовите катоди в Съединените щати намаляват разходите. Положителният електрод на литиевия манганов желязо (LMFP), разработен от Tesla, увеличи специфичния си капацитет от 170mAh/g LFP до 190mAh/g чрез допинг с мангански елемент (съдържание от 20%), като същевременно увеличава платформата на напрежението с 0,2 V. Процесът му "течен - фазов синтез" намалява материалните разходи с 30% в сравнение с NCM и не съдържа кобалт елемент (за да се избегнат рисковете на ресурсите). Тестовете показват, че клетките, използващи LMFP, имат процент на задържане на капацитет от 85% при - 20 градуса, което е с 15% по-високо от LFP и е подходящо за сценарии с ниска температура.
2 Отрицателен материал за електрод: Пристигането на силиций - ера, базирана на ерата
Търговският пробив на Япония в „Силиконови въглеродни композити“. Силиконовият въглероден отрицателен електрод, разработен от Panasonic (със силиконов съдържание от 20%), има специфичен капацитет от 600mAh/g, което е 1,5 пъти повече от този на графитните отрицателни електроди и увеличава енергийната плътност на клетките на батерията с 20%. Чрез дизайна на "нано силициеви частици+въглеродно покритие": размерът на силициевите частици се контролира при 50 nm (за да се избегне разширяване на обема и фрагментация), а повърхността се покрива с твърд въглероден слой (дебелина 5nm). След 200 цикъла процентът на задържане на капацитета достига 85%. Отрицателният електрод е приложен към определена батерия за електрическо превозно средство, постигайки енергийна плътност от 300Wh/kg в батерията.
Европейският отрицателен електрод, базиран на титан, се фокусира върху безопасността. Литиевият титанат (LTO) отрицателен електрод на немска компания има нулеви характеристики на деформация (скорост на промяна на обема<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 Диафрагма и електролит: Невидима гаранция за безопасност и проводимост
„Покритата мембрана“ на Южна Корея засилва устойчивостта на висока температура. Керамичното покритие на LG Chem (субстрат РП, покрита с дебелина на Al ₂ O3 от 3 μm), подобрява температурното устойчивост от 160 градуса до 200 градуса, с пробивка сила от 300 GF, което е с 50% по -висока от обикновените диафрагми. При течението на термично бягство диафрагмата може да забави времето за късо съединение на клетка на батерията до 15 минути, като купува време за безопасност на реакцията на батерията. Неговият „нанопор“ дизайн (с размер на порите 0,1 μm) увеличава йонната проводимост с 10% и намалява вътрешното съпротивление на клетка на батерията.
Китайският „Електролит на пламъка“ преодолява точките за болка в безопасността. Електролитът "Lifsi+фосфатен естер", разработен от определено предприятие, с добавяне на 10% забавител на пламъка (триетил фосфатен естер), увеличава точката на запалване на електролита от 180 градуса до 300 градуса, без да засяга йонната проводимост (поддържане на 10 ms/cm). В теста за пункция на иглата, клетките на батерията, използващи този електролит, само пушат и не експлодират и са преминали UL94 V - 0 сертификат. В същото време електролитът дава възможност на батерията да поддържа скорост на задържане на капацитет от 70% на -30 градус, разширявайки границите на приложения с ниска температура.
Материалната иновация на клетките на литиевата батерия преминава от „оптимизация на единични материали“ към „пълно сътрудничество в системата“. В бъдеще, с зрелостта на твърдите - състояния електролити (йонна проводимост над 10 ⁻ s/cm) и редки метални електроди, клетките на батерията ще постигнат крайната цел на "енергийната плътност на 1000WH/L+цикъл живот на 100000 пъти+абсолютна безопасност", поставяйки материалната основа за експлозивния растеж на новата енергийна индустрия.