Li-ion batteri ny teknologi

Li-ion batteri ny teknologi: fokus på store cylindre, lange kerner og andre innovationsmuligheder

1. Batteriudvikling: ultrahurtig opladning, sikkerhed og anden ydeevne er hovedretningen; fokus på store cylindre, lange celler og anden strukturel innovation

1.1 Batteriydelsestendenser: batterifabrikslayout med højt energiforhold, ultrahurtig opladning og sikkerhed og andre tekniske anvisninger

Ningde Time, BYD og andre kernebatterifabrikker lægger ud i retning af højt energiforhold, superhurtig opladning og batterisikkerhedsteknologier, og realiseringsvejen omfatter strukturel innovation, materialeinnovation osv.

    Ningde Times, den førende batterifabrik, har opstillet seks retninger såsom højt energiforhold, superhurtig opladning og ægte sikkerhed, og typerne af teknologier omfatter strukturel innovation, materialeinnovation og ledelsesinnovation. Ifølge den officielle hjemmeside for Ningde Times kan vi se, at Ningde Times har lagt ud i seks retninger for strukturel innovation, materialeinnovation og ledelsesinnovation, som er høj specifik energi, lang levetid, ultrahurtig opladning, ægte sikkerhed, selv- styre temperatur og intelligent styring. Tag superhurtig opladning som et eksempel, Ningde Time's superhurtige opladning refererer til de hurtigste 5 minutter til 80% opladning, med hensyn til struktur, multi-gradient polstykke og multi-ear metode er vedtaget, specifikt:① multigradient polstykke: ved at regulere gradientfordelingen af ​​den porøse struktur af polstykket, det øverste lag af højporøsitetsstruktur, det nederste lag af højtryksfast massefyldestruktur, perfekt under hensyntagen til den dobbelte kerne med høj energitæthed og super hurtig opladning;② multi-ear: udvikling af multi-dimensionelt rum (2) Multi-layer: udvikling af multi-dimensional space lug-teknologi, som i høj grad forbedrer polstykkets nuværende bæreevne og bryder igennem den tekniske flaskehals med høj temperaturstigning af batteriet celle under 500A direkte opladning.

1.2 Ny type batteri/strukturinnovation: store cylindriske, lange celler osv. er vigtige layoutretninger for batterifabrikker

Vi gennemkæmpede batteriformen, masseproduktionsfremskridtene, ydeevneindekset og fordelagtige egenskaber ved større batterifabrikker, som aktivt udlægger nye batteriformer såsom store cylindre og lange celler. Tag Honeycomb Energy som et eksempel, anden generation af dens laminerede lange tynde celle L600 har afsluttet udviklingen og forventes at opnå masseproduktion i Q3 2022; med hensyn til ydeevneindeks er kapaciteten af ​​L600 enkeltcelle steget til 196Ah, energitæthed er mere end 185wh/kg og volumen energitæthed er mere end 430wh/L, hvilket har fordelagtige funktioner såsom høj kompatibilitet, høj tilpasningsevne, høj sikkerhed og lang levetid.

(2) Stor cylindrisk: Tesla, BAK, EVERLIGHT og andre batterifabrikker lægger store cylindriske batterier ud. Tag Tesla som et eksempel, 4680 batteriet anvender høj nikkel katode + silicium carbon katode materiale og elektrodeløs lug teknologi, med en energitæthed på 300Wh/kg, batterikapaciteten er 5 gange højere end den nuværende 2170 løsning, og udgangseffekten er 6 gange højere. Derudover har den fordele i energitæthed, effekt og opladningseffektivitet.

2. Stor cylindrisk: laserapplikationer forventes at stige; høje krav til udstyrspræcision

2.1 Stort cylindrisk batteri: Tag Tesla 4680 som et eksempel, tekniske innovationer såsom tør elektrode og elektrodeløs lug er værd at være opmærksom på

Ifølge papiret er det 4680 cylindriske batteri en yderligere strukturel innovation af det cylindriske batteri fra det mindre 1865 til 2170. Sammenlignet med det tidligere brugte 2170-batteri reducerer 4680-batteriet varmeudviklingen betydeligt og løser varmeafledningsproblemet med høj energitæthed celler, og øger spidseffekten ved opladning og afladning, hvilket i sidste ende gør 4680-batteriet 5 gange mere energi og 6 gange mere strøm end 2170-batteriet, samtidig med at omkostningerne reduceres med 14% og øges rækkevidden med 16%.

Med hensyn til strukturel innovation og fremstillingsproces har 4680 tre store teknologiske innovationer sammenlignet med tidligere batterier - tørelektrodeproces, lugless (alle lug) og CTC-teknologi - som har resulteret i lavere celleproduktionsomkostninger og større ydeevneforbedringer. Tag den lugless-teknologi som et eksempel, 4680-celledesignet forvandler hele kollektoren til lugs, den ledende bane er ikke længere afhængig af knasterne, og strømtransmissionen ændres fra tværgående transmission langs knasterne til kollektorpladen til langsgående transmission i opsamleren, hvilket reducerer modstanden til 2mΩ og det interne modstandsforbrug fra 2W til 0.2W.

2.2 Tørelektrodeproces: lave omkostninger sammenlignet med traditionel vådproces, kernen ligger i elektrodeformulering og filmekstruderingsudstyr

Maxwell tørelektrodeteknologi er velegnet til aktuel lithiumbatterikemi og avancerede nye elektrodematerialer, ingen opløsningsmiddel bruges i fremstillingsprocessen, og den kan udvides til rulle-til-rulle-produktion, og kerneteknologien er elektrodeformulering og filmdannende ekstruderingsudstyr.

(1) Ifølge papiret "Dry Electrode Coating Technology" af Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, består Maxwells tørelektrodeteknologi af tre trin: (i) tørpulverblanding, (ii) støbning af pulver til tyndbelægning, (iii) ) tynd belægning og væskeopsamlingspresning, alle tre trin er fri for opløsningsmidler. Maxwells tørelektrodeproces er skalerbar til nuværende lithium-ion batterikemi og avancerede nye batterielektrodematerialer; specifikt bruges Maxwells proprietære tørproces til at blande pulveret til en endelig pulverblanding af aktive materialer, bindemidler og ledende additiver, som ekstruderes og kalandreres til dannelse. Pulverblandingen ekstruderes og kalandreres for at danne en kontinuerlig, selvbærende tør -coated elektrodefilm, der også kan vikles til ruller. Til sidst presses det tynde elektrodelag sammen med opsamlervæsken for at danne batterielektroden.

(2) Med hensyn til fordele, ifølge papiret "Dry Electrode Coating Technology" af Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, kan Maxwell-tørelektrodeprocessen anvendes på klassiske og avancerede batterimaterialer og kan udvides til spole-til -spoleproduktion sammenlignet med traditionelle våde elektroder. (3) Med hensyn til kerneteknologi er kerneteknologien i Maxwells tørelektrodeproces ifølge Battery World Online elektrodeformuleringen og filmdannende ekstruderingsteknologi og -udstyr.

Derudover kan tørre elektroder realiseres ved hjælp af forskellige metoder såsom pulserende laser og sputtering-afsætning, som kræver yderligere filmudglødningsproces sammenlignet med våd- og Maxwell-tørelektrodeprocesser. Ifølge papiret "Solvent-Free Manufacturing ofElectrodes for Lithium-ion Batteries" af Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, i modsætning til vådelektrodeforberedelsesprocessen, kan tørre elektroder fremstilles ved pulseret laseraflejring. Tørelektrodeprocessen kan opnås ved forskellige metoder, såsom pulserende laser og sputter-aflejring, som ikke kræver tørring, men kræver yderligere tyndfilm-udglødning på grund af den høje temperatur forårsaget af pulseret laseraflejring. Elektrodeforberedelsesprocessen foreslået i dette papir er som følger.

(1) Vådelektrodeforberedelsesproces① Pastastøbeproces: Lithiumbatterielektroder fremstilles ved at støbe en pasta (indeholdende aktivt materiale i opløsningsmiddel, ledende kulstof og bindemiddel) på en metalopsamler. Det mest almindelige bindemiddel er PVDF (foropløst i opløsningsmidlet NMP), og den resulterende opslæmning blandes og støbes på opsamleren, som skal tørres for at fordampe opløsningsmidlet for at producere en tør porøs elektrode. Tørringen tager lang tid, typisk 12-24 timer ved 120gradC. Fordi NMP er dyrt og forurenende, skal der også installeres et genvindingssystem til at genvinde det fordampede NMP under tørringsprocessen (der tilføjer en betydelig kapitalinvestering).

Opløsningsmiddelbaseret elektrostatisk sprayaflejring: Elektrodemateriale påføres opsamleren ved hjælp af opløsningsmiddelbaseret elektrostatisk sprayaflejring, dvs. det aflejrede materiale forstøves i en dyse og påføres opsamleren; elektroder konstrueret på denne måde udviser lignende egenskaber som gyllestøbte elektroder med den lignende ulempe at kræve en intensiv tørreproces, der også kræver tid og energi (2 timer ved 400gradC). Lithium-batterier fremstilles også ved brug af sprayteknikken, hvor hver elektrodesamling sprøjtes på den ønskede overflade ved hjælp af en NMP-baseret belægning, som stadig kræver opløsningsmiddelfordampning.

(2) Tørelektrodeforberedelsesprocessen opnås ved forskellige metoder, såsom pulserende laser og sputtering. Pulserende laseraflejring opnås ved at fokusere en laser på et mål, der indeholder det materiale, der skal deponeres, og når først laseren rammer målet, fordamper materialet og aflejres på opsamleren; selvom der ikke bruges opløsningsmiddel, skal den aflejrede film modstå temperaturer på 650-800gradC, mens magnetronforstøvningsafsætning kan reducere den nødvendige udglødningstemperatur til 350gradC. Denne metode er repræsentativ for fremstilling af tørcelleelektroder, men aflejringshastigheden er langsom og kræver højtemperaturudglødning.

Tørelektrodeprocessen er billigere end den traditionelle våde proces, hovedsageligt med hensyn til lønomkostninger, udstyrsinvesteringer og anlægsplads. Ifølge papiret "Solvent-Free Manufacturing of Electrodes for Lithium-ion Batteries" af Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, for eksempel, Battery Design Scenario 1 For eksempel er tørelektrodeproduktionen 21,6 % , henholdsvis 14,2 % og 13,1 % mindre i direkte arbejdskraft, udstyrsomkostninger og anlægsareal end vådelektrodeproduktionen, forudsat at der produceres 100,{10}} celler om året.

2.3 Lugless (all-lug) teknologi: reducer batteriets indre modstand, lasersvejsevolumen opad, høje krav til udstyrspræcision

(all-ear) teknologi kan reducere batteriets modstand og interne modstandsforbrug markant. I henhold til Yulong Zhaos papir "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) Traditionelt cylindrisk batteri: positiv og negativ kobberfolie og aluminiumsfoliemembran stables og vikles, og en guidetråd (tråd) er svejset i hver ende af kobberet folie og aluminiumsfolie for at føre elektroden. (2) 4680 batteri: hele solfangeren er forvandlet til en tapp, den ledende bane afhænger ikke længere af tappen, strømmen overføres fra den tværgående transmission langs tappen til solfangeren til den langsgående transmission af solfangeren, hele den ledende længden ændres fra 800-1000mm af 1860 eller 2170 kobberfolielængden til Hele den ledende længde ændres fra 800-1000mm af 1860 eller 2170 kobberfolielængde til 80mm (cellehøjde), hvilket reducerer modstanden til 2mΩ og det interne modstandsforbrug fra 2W til 0.2W, en størrelsesorden lavere.

Strukturelle designtræk: kontakt-/ledningsarealet af tappen i den ene ende af cellen er lig med/større end solfangeren. Ifølge Teslas "lugless" patent citeret af GaoGong Lithium officielle WeChat offentlige nummer, beskriver det mindst én elektrode som en lugless batteriholder, specifikt: 1) Det nederste niveau af kernen: enden af ​​solfangeren efterlades hvid og ikke belagt med positive/negative materialer, hvor kollektordelen kan forstås som en generaliseret knast, Tesla Nøglen til det "lugless" design er, at knastens ledningsområde er nøjagtigt det samme som kollektoren, eller endda knastkontaktområdet og ledningsområdet er større end kollektorens ledningsareal gennem dækslets diversificerede strukturdesign; 2) det øverste niveau af kernen: Hvis der kun bruges én elektrode uden stiftopløsning, er den øvre ende stadig den samme som 18650, 21700 kernedesignet. Ifølge patentanalysen kan kun den ene ende af den lugless forbindelse opnå effekten af ​​at reducere den interne modstand med 5 gange.

(1) Produktionsproces: I henhold til det officielle WeChat-offentlige nummer for Automotive Materials Network, som er citeret i Automotive Home, er der to produktionsprocesser for induktionssko, dvs. først skæring og derefter vikling, og først vikling og derefter lasermatrice skæring, specifikt:① Først opskæring og derefter oprulning: Gennem præcis beregning skæres materialet i mange dele inden opvikling. Når viklingen når den forudindstillede energi, udføres svejsning. Laserskæring efter vikling: materialet vikles direkte uanset bredde og størrelse, og laserudstansning udføres på det overskydende materiale efter at have nået den forudindstillede energi, hvilket kræver høj præcision.

(2) Udstyrskrav: Ifølge det officielle WeChat-offentlige nummer fra Automotive Materials Network, med henvisning til oplysningerne fra Auto House og GaoGong Lithium WeChat-offentlige nummer, er der set fra produktionsudstyrsperspektiv store ændringer i tre aspekter under teknologien af ​​ikke -polar lug (all-polar lug), specifikt:① belægningsproces: den visse buede form af all-polar luge forårsager højere krav til udstyrs præcision, og det hvide mellemrum på den ydre ring vil være mere og mere end det hvide mellemrum på den indre ring;② skæreudstyr: kravene til laserstanseproces er højere. (2) skæreudstyr: højere krav til laserstanseproces og huller i materialelagspasningen på grund af ujævne skærekanter; (3) lasersvejsning: Antallet af svejsede samlinger i laserpunktsvejsning af alle flig er øget med mere end fem gange sammenlignet med 21700. Specifikt ifølge svejseprocessen, for eksempel ifølge Zhao Yulongs papir "Power Battery 4680 full lug technology scan" indholdet, den fulde lug og samlepladen eller skalforbindelsen, kravene til lasersvejseteknologi er højere, specifikt fra den traditionelle to-lug-punktsvejsning til fuld lug-overfladesvejsning, svejseproces og svejsevolumen er blevet mere, laserintensitet og brændvidden er ikke let at kontrollere, let at svejse igennem brændt til indersiden af ​​kernen eller ingen svejsning;. Derudover foreslår nogle virksomheder at bruge press-fit frem for svejsepatenter til den nuværende opsamler.

Vi tager Teslas CTC-teknologi som et eksempel og analyserer den som følger: 1) I modsætning til 2170-batteripakken, der består af fire moduler, anvender 4680-batteripakken CTC-teknologi, og batteripakken fungerer som køretøjets bundplade. Ifølge InsideEVs officielle hjemmeside, fra tværsnitsbilledet af den nye Model Y struktur batteripakke vist på Giga Berlin fabriksrundvisning i oktober 2021, eliminerer 4680 batteripakken direkte moduldesignet og anvender CTC teknologi, som er tæt arrangeret i køretøjets chassis, dvs. bunden af ​​Model Y udstyret med 4680 batteripakken er udhulet, og batteripakken fungerer som undervogn. Batteripakken fungerer som undervogn. I modsætning hertil har 2170-batteriet i Model Y fire moduler - to korte moduler og to lange moduler. Og vores rumfartslithiumfirma er også baseret på store cylindriske batteriteknologi, beherskelse er også en fjern leder:http://www.optimum-china.com