Li-ion akkumulátor új technológia

Li-ion akkumulátor új technológia: összpontosítson a nagy hengerekre, a hosszú magokra és más innovációs lehetőségekre

1. Akkumulátor fejlesztés: ultragyors töltés, biztonság és egyéb teljesítmény a fő irány; a nagy hengerekre, hosszú cellákra és más szerkezeti innovációkra összpontosít

1.1 Az akkumulátor teljesítményének trendjei: az akkumulátor gyári elrendezése, nagy energiaarány, ultragyors töltés és biztonság, valamint egyéb műszaki irányok

A Ningde Time, a BYD és más alapvető akkumulátorgyárak a magas energiaarány, a szupergyors töltés és az akkumulátorbiztonsági technológiák irányába helyezkednek el, a megvalósítási út pedig szerkezeti innovációt, anyagi innovációt stb.

    A Ningde Times, a vezető akkumulátorgyár hat irányt határozott meg, például a magas energiaarányt, a szupergyors töltést és a valódi biztonságot, és a technológiai típusok közé tartozik a szerkezeti innováció, az anyaginnováció és a menedzsment innováció. A Ningde Times hivatalos weboldala szerint azt láthatjuk, hogy a Ningde Times a szerkezeti innováció, az anyagi innováció és a gazdálkodási innováció hat irányát vázolta fel, amelyek a következők: magas fajlagos energia, hosszú élettartam, ultragyors töltés, valódi biztonság, önellenőrzés. hőmérséklet szabályozás és intelligens vezérlés. Vegyük például a szupergyors töltést, a Ningde Time szupergyors töltése a leggyorsabb 5 perc 80%-os töltésre vonatkozik, szerkezetét tekintve, több gradiens rúddarabot és több füles módszert alkalmaznak, konkrétan:① több gradiens pólusdarab: a pólusrész porózus szerkezetének gradiens eloszlásának szabályozásával, a felső réteg nagy porozitású szerkezettel, az alsó réteg nagynyomású szilárd sűrűségű szerkezettel, tökéletesen figyelembe véve a nagy energiasűrűségű kettős magot és szupergyors töltés;② többfül: többdimenziós tér fejlesztése (2) Többrétegű: többdimenziós térfül-technológia fejlesztése, amely nagymértékben javítja a pólusdarab jelenlegi teherbíró képességét, és áttöri az akkumulátor magas hőmérséklet-emelkedésének technikai szűk keresztmetszetét cella 500A közvetlen töltés közben.

1.2 Új típusú akkumulátor/szerkezeti innováció: a nagy hengeres, hosszú cellák stb. fontos elrendezési irányok az akkumulátorgyárak számára

Átfésültük az akkumulátorformát, a tömeggyártás előrehaladását, a teljesítményindexet és a nagy akkumulátorgyárak előnyös jellemzőit, amelyek aktívan rakják ki az új akkumulátorformákat, például a nagy hengereket és a hosszú cellákat. Vegyük például a Honeycomb Energy-t, a laminált hosszú vékony cellás L600 második generációja befejezte a fejlesztést, és várhatóan Q3 2022 hónapban eléri a tömegtermelést; A teljesítményindex tekintetében az L600 egycellás kapacitása 196Ah-ra nőtt, az energiasűrűség több mint 185wh/kg, a térfogati energiasűrűség pedig több mint 430wh/l, ami olyan előnyös tulajdonságokkal rendelkezik, mint a nagy kompatibilitás, nagy alkalmazkodóképesség, nagy biztonság és hosszú életet.

(2) Nagy hengeres: Tesla, BAK, EVERLIGHT és más akkumulátorgyárak nagy hengeres akkumulátorokat helyeznek el. Vegyük például a Teslát, a 4680-as akkumulátor magas nikkel-katód + szilícium-szén katód anyagot és elektróda nélküli füles technológiát alkalmaz, energiasűrűsége 300 Wh/kg, az akkumulátor kapacitása 5-ször nagyobb, mint a jelenlegi 2170-es megoldásé, és a kimeneti teljesítmény 6-szor magasabb. Ezen kívül előnyei vannak az energiasűrűségben, a teljesítményben és a töltési hatékonyságban.

2. Nagy hengeres: a lézeralkalmazások számának növekedése várható; magas berendezések pontossági követelményei

2.1 Nagy hengeres akkumulátor: Vegyük például a Tesla 4680-at, az olyan műszaki újítások, mint a száraz elektróda és az elektróda nélküli fül, figyelmet érdemelnek

A lap szerint a 4680-as hengeres akkumulátor a kisebb 1865-ös 2170-es hengeres akkumulátor további szerkezeti újítása. A korábban használt 2170-es akkumulátorhoz képest a 4680-as akkumulátor jelentősen csökkenti a hőtermelést, megoldja a nagy energiasűrűség hőelvezetési problémáját. cellákban, és növeli a töltési és kisütési csúcsteljesítményt, így a 4680-as akkumulátor 5-ször több energiát és 6-szor nagyobb teljesítményt biztosít, mint a 2170-es akkumulátor, miközben 14%-kal csökkenti a költségeket és 16%-kal növeli a hatótávolságot.

Ami a szerkezeti innovációt és a gyártási folyamatot illeti, a 4680 három fő technológiai újítást tartalmaz a korábbi akkumulátorokhoz képest - szárazelektródos eljárás, fül nélküli (all lug) és CTC technológia -, amelyek alacsonyabb cellagyártási költségeket és nagyobb teljesítménynövekedést eredményeztek. Vegyük például a fül nélküli technológiát, a 4680-as cellás kialakítás az egész kollektort fülekké alakítja, a vezető út már nem függ a fülektől, és az áramátvitel a fülek mentén a keresztirányú átvitelről a kollektorlemezre hosszirányú átvitelre változik. a kollektor, ami 2m-re csökkenti az ellenállástΩ és a belső ellenállás-fogyasztás 2W-ról 0.2W-ra.

2.2 Száraz elektróda eljárás: alacsony költség a hagyományos nedves eljáráshoz képest, a mag az elektródák összetételében és a filmextrudáló berendezésekben rejlik

A Maxwell száraz elektróda technológia alkalmas a jelenlegi lítium akkumulátor kémiára és a fejlett új elektródaanyagokra, a gyártási folyamatban nem használnak oldószert, és kiterjeszthető a tekercsről tekercsre történő gyártásra, és az alapvető technológia az elektróda összetétele és a filmképző. extrudáló berendezés.

(1) Hieu Duong, Joon Shin és Yudi Yudi „Dry Electrode Coating Technology” című dokumentuma szerint a Maxwell szárazelektród-technológiája három lépésből áll: (i) száraz porkeverés, (ii) porból vékony bevonat formázása, (iii) ) vékony bevonat és folyadékgyűjtő préselés, mindhárom lépés oldószermentes. A Maxwell szárazelektród-eljárása méretezhető a jelenlegi lítium-ion akkumulátor-kémiára és a fejlett új akkumulátor-elektródákra; konkrétan a Maxwell szabadalmaztatott száraz eljárását használják a por összekeverésére, hogy az aktív anyagokból, kötőanyagokból és vezető adalékanyagokból végső porkeveréket képezzenek, amelyet extrudálnak és kalandereznek. -bevonatos elektródafólia, amely tekercsekre is tekerhető. Végül a vékony elektródaréteget összenyomják a kollektorfolyadékkal, hogy kialakítsák az akkumulátor elektródáját.

(2) Ami az előnyöket illeti, Hieu Duong, Joon Shin és Yudi Yudi „Dry Electrode Coating Technology” című dokumentuma szerint a Maxwell szárazelektród-eljárás alkalmazható klasszikus és fejlett akkumulátoranyagokra, és kiterjeszthető a tekercselésre is. -tekercsgyártás a hagyományos nedves elektródákhoz képest. (3) Az alaptechnológiát illetően a Battery World Online szerint a Maxwell-féle szárazelektróda-eljárás alaptechnológiája az elektródaformálás és a filmképző extrudálási technológia és berendezés.

Ezenkívül a száraz elektródák különféle módszerekkel, például impulzuslézerrel és porlasztásos leválasztással megvalósíthatók, amelyek további filmmelegítési eljárást igényelnek a nedves és Maxwell száraz elektródákhoz képest. Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang és Heng Pan "Oldószermentes elektródák gyártása lítium-ion akkumulátorokhoz" című dokumentuma szerint a nedves elektródák előkészítési eljárásával ellentétben a száraz elektródák impulzusos lézeres leválasztással is előállíthatók. A szárazelektródos eljárás különféle módszerekkel valósítható meg, mint például impulzuslézerrel és porlasztásos leválasztással, amely nem igényel szárítást, de az impulzuslézeres leválasztás okozta magas hőmérséklet miatt további vékonyréteg-lágyítást igényel. Az ebben a cikkben javasolt elektróda-előkészítési eljárás a következő.

(1) Nedves elektróda-előkészítési eljárás① Paszta öntési eljárás: A lítium akkumulátor elektródák úgy készülnek, hogy egy pasztát (amely aktív anyagot tartalmaz oldószerben, vezetőképes szenet és kötőanyagot) fémkollektorra öntenek. A legelterjedtebb kötőanyag a PVDF (előzetesen feloldva az oldószeres NMP-ben), a keletkező zagyot összekeverik és a kollektorra öntik, amelyet meg kell szárítani, hogy az oldószer elpárologjon, és így száraz porózus elektród keletkezzen. A szárítás hosszú ideig tart, általában 12-24 órát vesz igénybe 120 °C-onfokozatC. Továbbá, mivel az NMP költséges és szennyező, visszanyerő rendszert kell telepíteni a szárítási folyamat során elpárolgott NMP visszanyerésére (jelentős tőkebefektetéssel).

Oldószer alapú elektrosztatikus permetezés: Az elektródaanyagot oldószer alapú elektrosztatikus permetezéssel visszük fel a kollektorra, azaz a lerakódott anyagot egy fúvókában porlasztják és a kollektorra helyezik; Az így megszerkesztett elektródák hasonló tulajdonságokat mutatnak, mint a szuszpenziós öntött elektródák, hasonló hátrányuk, hogy intenzív szárítási folyamatot igényelnek, amely szintén időt és energiát igényel (2 óra 400 °C-on).fokozatC). A lítium akkumulátorokat permetezési technikával is gyártják, ahol minden elektródaszerelvényt NMP alapú bevonattal szórnak a kívánt felületre, amelyhez még oldószer elpárologtatása szükséges.

(2) A száraz elektróda-előkészítési folyamatot különféle módszerekkel, például impulzuslézerrel és porlasztásos leválasztással érik el. Az impulzusos lézeres leválasztás úgy érhető el, hogy a lézert a leválasztandó anyagot tartalmazó céltárgyra fókuszálják, és amint a lézer eltalálja a célpontot, az anyag elpárolog és lerakódik a kollektorra; bár nem használnak oldószert, a lerakódott filmnek ki kell bírnia 650-800 hőmérsékletetfokozatC, míg a magnetronos porlasztásos leválasztás 350 °C-ra csökkentheti a szükséges lágyítási hőmérsékletetfokozatC. Ez a módszer a száraz cellás elektródák előállítására jellemző, de a lerakódási sebesség lassú és magas hőmérsékletű lágyítást igényel.

A szárazelektródos eljárás olcsóbb, mint a hagyományos nedves eljárás, főként a munkaerőköltség, a berendezés-beruházás és az üzemi terület tekintetében. Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang és Heng Pan "Oldószermentes gyártása lítium-ion akkumulátorokhoz" című dokumentum szerint, Battery Design 1. forgatókönyv Például a száraz elektródák termelése 21,6% , 14,2%-kal, illetve 13,1%-kal kevesebb a közvetlen munkaerő, berendezésköltség és üzemterület tekintetében, mint a nedves elektródagyártás, feltételezve, hogy évente 100,{10}} cellát gyártanak.

2.3 Fül nélküli (all-lug) technológia: csökkenti az akkumulátor belső ellenállását, növeli a lézeres hegesztési mennyiséget, magas a berendezés pontossági követelményei

(all-ear) technológia jelentősen csökkentheti az akkumulátor ellenállását és belső ellenállás-fogyasztását. Yulong Zhao „Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan” című dokumentuma szerint: 1) Hagyományos hengeres akkumulátor: a pozitív és negatív rézfólia és alumíniumfólia membrán egymásra van helyezve és feltekercselve, a réz mindkét végén pedig egy vezetőhuzal (saru) van hegesztve. fólia és alumínium fólia az elektróda vezetéséhez. (2) 4680-as akkumulátor: a teljes kollektort füllé alakítják, a vezető út már nem függ a fültől, az áram a keresztirányú átvitelből a fül mentén a kollektorba kerül a kollektor hosszirányú átvitelébe, a teljes vezetőképes a hossza megváltozott az 1860-as vagy 2170-es rézfólia hosszának 800-1000mm-ről A teljes vezető hossz az 1860-as vagy 2170-es rézfólia hosszának 800-1000mm-ről 80 mm-re (cella magasság) módosult, ami csökkenti az ellenállást 2 m-reΩ a belső ellenállás-fogyasztás pedig 2W-ról 0.2W-ra, egy nagyságrenddel alacsonyabb.

Szerkezeti kialakítás: a fül érintkezési/vezető területe a cella egyik végén egyenlő/nagyobb, mint a kollektoré. A GaoGong Lithium hivatalos WeChat nyilvános számában hivatkozott Tesla „lugless” szabadalma szerint legalább egy elektródát a fül nélküli akkumulátorrögzítésként ír le, konkrétan: 1) A mag alsó szintje: a kollektor vége fehéren marad, és nincs bevonva. pozitív/negatív anyagokkal, ahol a kollektor rész felfogható általánosított fülként, Tesla A "fül nélküli" kialakítás kulcsa, hogy a fül vezetési területe pontosan megegyezik a kollektoréval, vagy akár a fül érintkezési felülete és vezetési területe nagyobbak, mint a kollektor vezetési területe a fedél diverzifikált szerkezeti kialakítása révén; 2) a mag felső szintje: ha csak egy elektródát használunk füles megoldás nélkül, a felső vége továbbra is megegyezik az 18650, 21700 magkialakítással. A szabadalmi elemzés szerint a fül nélküli csatlakozásnak csak az egyik vége képes elérni a belső ellenállás 5-szörös csökkentését.

(1) Gyártási folyamat: Az Automotive Materials Network hivatalos WeChat nyilvános száma szerint, amelyre az Automotive Home-ban hivatkoznak, az indukciós fülek két gyártási folyamata létezik, azaz először vágás, majd tekercselés, először tekercselés, majd lézeres matrica. vágás, konkrétan:① Először vágás, majd tekercselés: Pontos számítással az anyagot a tekercselés előtt több részre vágják. Amikor a tekercs eléri az előre beállított energiát, hegesztésre kerül sor. Lézeres kivágás feltekercselés után: az anyagot szélességtől és mérettől függetlenül közvetlenül feltekercseljük, a felesleges anyagon pedig az előre beállított energia elérése után lézeres stancolást végeznek, ami nagy pontosságot igényel.

(2) Felszerelési követelmények: Az Automotive Materials Network hivatalos WeChat nyilvános száma szerint, hivatkozva az Auto House és a GaoGong Lithium WeChat nyilvános szám információira, a gyártóberendezések szempontjából három szempontból jelentős változások történtek a nem gyártástechnológiában. -poláris fül (all-poláris fül), konkrétan:① bevonási folyamat: a teljesen poláris fül bizonyos ívelt alakja magasabb követelményeket támaszt a berendezés pontosságával szemben, és a külső gyűrűn lévő fehér rész egyre nagyobb lesz, mint a belső gyűrűn;② vágóberendezések: magasabbak a lézeres préselési folyamat követelményei. (2) Vágóberendezés: magasabb követelmények a lézeres préselési eljárással szemben, és az anyagréteg illeszkedésének hézagai az egyenetlen vágóélek miatt; (3) lézeres hegesztés: az összes fül lézeres ponthegesztésénél a hegesztett kötések száma több mint ötszörösére nőtt a 21700-hoz képest. Pontosabban a hegesztési eljárás szerint, például Zhao Yulong „Power Battery 4680 full” című tanulmánya szerint. fültechnológiai szkennelés" tartalom, a teljes fül és kollektor lemez vagy héj csatlakozása, a lézeres hegesztés technológiai követelményei magasabbak, konkrétan a hagyományos kétsaru ponthegesztéstől a teljes füles felületi hegesztésig, a hegesztési folyamat és a hegesztési mennyiség nőtt, a lézer intenzitása és a gyújtótávolságot nem könnyű szabályozni, könnyen áthegeszthető a mag belsejébe égett vagy nincs hegesztés;. Ezen túlmenően, egyes vállalatok azt javasolják, hogy a hegesztési szabadalmak helyett préses illesztést alkalmazzanak az áramkollektorhoz.

Példaként vesszük a Tesla CTC technológiáját, és a következőképpen elemezzük: 1) A 2170-es akkumulátorcsomaggal ellentétben, amely négy modulból áll, a 4680-as akkumulátorcsomag CTC technológiát alkalmaz, és az akkumulátorcsomag a jármű alaplemezeként működik. Az InsideEVs hivatalos weboldala szerint a 2021. októberi Giga Berlin gyárlátogatáson bemutatott új Model Y szerkezetű akkumulátorcsomag keresztmetszeti nézetéből a 4680-as akkumulátorcsomag közvetlenül kiküszöböli a modul kialakítását, és a CTC technológiát alkalmazza, amely sűrűn van elhelyezve. a jármű alváza, azaz a 4680-as akkumulátorcsomaggal felszerelt Model Y alja ki van ürítve, és az akkumulátorcsomag alvázként működik. Az akkumulátor csomag aljaként szolgál. Ezzel szemben az Y modell 2170-es akkumulátorának négy modulja van - két rövid és két hosszú modul. És a mi repülőgépipari lítiumgyártó cégünk is a nagy hengeres akkumulátor-technológián alapszik, a mesteri tudás is távoli vezető:http://www.optimum-china.com