Teknologi baru baterai Li-ion

Teknologi baru baterai Li-ion: fokus pada silinder besar, inti panjang, dan peluang inovasi lainnya

1. Pengembangan baterai: pengisian daya ultra cepat, keamanan, dan kinerja lainnya adalah arah utama; fokus pada silinder besar, sel panjang dan inovasi struktural lainnya

1.1 Tren kinerja baterai: tata letak pabrik baterai dengan rasio energi tinggi, pengisian daya dan keselamatan ultra-cepat, serta arahan teknis lainnya

Ningde Time, BYD, dan pabrik baterai inti lainnya sedang menuju ke arah rasio energi tinggi, pengisian daya super cepat, dan teknologi keamanan baterai, dan jalur realisasinya mencakup inovasi struktural, inovasi material, dll.

    Ningde Times, pabrik baterai terkemuka, telah menetapkan enam arah seperti rasio energi tinggi, pengisian daya super cepat, dan keamanan sejati, dan jenis teknologinya mencakup inovasi struktural, inovasi material, dan inovasi manajemen. Menurut situs resmi Ningde Times, kita dapat melihat bahwa Ningde Times telah menjabarkan enam arah inovasi struktural, inovasi material, dan inovasi manajemen, yaitu energi spesifik tinggi, umur panjang, pengisian daya ultra cepat, keamanan sejati, self- mengontrol suhu dan manajemen cerdas. Ambil contoh pengisian daya super cepat, pengisian daya super cepat Ningde Time mengacu pada pengisian daya tercepat 5 menit hingga 80%. Dalam hal struktur, potongan tiang multi-gradien dan metode multi-telinga diadopsi, khususnya:① potongan tiang multi-gradien: dengan mengatur distribusi gradien struktur berpori potongan tiang, lapisan atas struktur porositas tinggi, lapisan bawah struktur kepadatan padat bertekanan tinggi, dengan sempurna memperhitungkan inti ganda dengan kepadatan energi tinggi dan pengisian daya super cepat;② multi-ear: mengembangkan ruang multi-dimensi (2) Multi-layer: pengembangan teknologi lug ruang multi-dimensi, yang sangat meningkatkan daya dukung potongan tiang saat ini dan menerobos hambatan teknis akibat kenaikan suhu tinggi pada baterai sel selama pengisian langsung 500A.

1.2 Inovasi baterai/struktur jenis baru: silinder besar, sel panjang, dll. merupakan arah tata letak yang penting untuk pabrik baterai

Kami menyisir bentuk baterai, kemajuan produksi massal, indeks kinerja, dan karakteristik keunggulan dari pabrik baterai besar, yang secara aktif meluncurkan bentuk baterai baru seperti silinder besar dan sel panjang. Ambil contoh Honeycomb Energy, generasi kedua sel tipis panjang laminasi L600 telah menyelesaikan pengembangan dan diharapkan mencapai produksi massal pada Q3 2022; dalam hal indeks kinerja, kapasitas sel tunggal L600 telah meningkat menjadi 196Ah, kepadatan energi lebih dari 185wh/kg dan kepadatan energi volume lebih dari 430wh/L, yang memiliki fitur unggulan seperti kompatibilitas tinggi, kemampuan beradaptasi tinggi, keamanan tinggi dan umur panjang.

(2) Silinder besar: Tesla, BAK, EVERLIGHT, dan pabrik baterai lainnya sedang memproduksi baterai silinder besar. Ambil contoh Tesla, baterai 4680 mengadopsi bahan katoda nikel tinggi + katoda karbon silikon dan teknologi lug tanpa elektroda, dengan kepadatan energi 300Wh/kg, kapasitas baterai 5 kali lebih tinggi dari solusi 2170 saat ini, dan daya keluarannya adalah 6 kali lebih tinggi. Selain itu, ia memiliki keunggulan dalam kepadatan energi, daya, dan efisiensi pengisian daya.

2. Silinder besar: aplikasi laser diperkirakan akan meningkat; persyaratan presisi peralatan yang tinggi

2.1 Baterai silinder besar: Ambil contoh Tesla 4680, inovasi teknis seperti elektroda kering dan lug tanpa elektroda patut mendapat perhatian

Menurut makalah tersebut, baterai silinder 4680 merupakan inovasi struktural lebih lanjut dari baterai silinder dari tahun 1865 hingga 2170 yang lebih kecil. Dibandingkan dengan baterai 2170 yang digunakan sebelumnya, baterai 4680 secara signifikan mengurangi pembangkitan panas, memecahkan masalah pembuangan panas dengan kepadatan energi yang tinggi. sel, dan meningkatkan daya puncak pengisian dan pengosongan, yang pada akhirnya menjadikan baterai 4680 5 kali lebih banyak energi dan 6 kali lebih banyak daya dibandingkan baterai 2170, sekaligus mengurangi biaya sebesar 14% dan meningkatkan jangkauan sebesar 16%.

Dalam hal inovasi struktural dan proses manufaktur, 4680 memiliki tiga inovasi teknologi utama dibandingkan baterai sebelumnya - proses elektroda kering, lugless (semua lug), dan teknologi CTC - yang menghasilkan biaya produksi sel yang lebih rendah dan peningkatan kinerja yang lebih besar. Ambil contoh teknologi lugless, desain sel 4680 mengubah seluruh kolektor menjadi lug, jalur konduktif tidak lagi bergantung pada lug, dan transmisi arus diubah dari transmisi melintang sepanjang lug ke pelat kolektor menjadi transmisi memanjang di kolektor, yang mengurangi resistensi hingga 2mΩ dan konsumsi resistansi internal dari 2W hingga 0.2W.

2.2 Proses elektroda kering: biaya rendah dibandingkan dengan proses basah tradisional, intinya terletak pada formulasi elektroda dan peralatan ekstrusi film

Teknologi elektroda kering Maxwell cocok untuk bahan kimia baterai lithium saat ini dan bahan elektroda baru yang canggih, tidak ada pelarut yang digunakan dalam proses manufaktur, dan dapat diperluas ke produksi roll-to-roll, dan teknologi intinya adalah formulasi elektroda dan pembentukan film. peralatan ekstrusi.

(1) Menurut makalah "Teknologi Pelapisan Elektroda Kering" oleh Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, teknologi elektroda kering Maxwell terdiri dari tiga langkah: (i) pencampuran bubuk kering, (ii) pencetakan bubuk ke lapisan tipis, (iii) ) lapisan tipis dan pengepresan pengumpulan cairan, ketiga langkah tersebut bebas pelarut. Proses elektroda kering Maxwell dapat disesuaikan dengan kimia baterai lithium-ion saat ini dan material elektroda baterai baru yang canggih; khususnya, proses kering milik Maxwell digunakan untuk mencampur bubuk untuk membentuk campuran bubuk akhir dari bahan aktif, bahan pengikat dan aditif konduktif, yang diekstrusi dan dikalender untuk membentuk Campuran bubuk diekstrusi dan dikalender untuk membentuk kering mandiri yang berkesinambungan. -film elektroda berlapis yang juga dapat digulung menjadi gulungan. Terakhir, lapisan elektroda tipis ditekan bersama dengan cairan kolektor untuk membentuk elektroda baterai.

(2) Dari segi keunggulan, menurut makalah "Teknologi Pelapisan Elektroda Kering" oleh Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, proses elektroda kering Maxwell dapat diterapkan pada bahan baterai klasik dan canggih dan dapat diperluas hingga reel-to -produksi gulungan dibandingkan dengan elektroda basah tradisional. (3) Dalam hal teknologi inti, menurut Battery World Online, teknologi inti dari proses elektroda kering Maxwell adalah formulasi elektroda serta teknologi dan peralatan ekstrusi pembentuk film.

Selain itu, elektroda kering dapat diwujudkan dengan berbagai metode seperti laser berdenyut dan deposisi sputtering, yang memerlukan proses anil film tambahan dibandingkan dengan proses elektroda basah dan kering Maxwell. Menurut makalah "Pembuatan Elektroda Bebas Pelarut untuk Baterai Lithium-ion" oleh Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, tidak seperti proses persiapan elektroda basah, elektroda kering dapat dibuat dengan deposisi laser berdenyut. Proses elektroda kering dapat dicapai dengan berbagai metode seperti laser berdenyut dan deposisi sputtering, yang tidak memerlukan pengeringan, tetapi memerlukan tambahan anil film tipis karena suhu tinggi yang disebabkan oleh deposisi laser berdenyut. Proses persiapan elektroda yang diusulkan dalam makalah ini adalah sebagai berikut.

(1) Proses persiapan elektroda basah① Proses pengecoran tempel: Elektroda baterai lithium dibuat dengan cara menuang pasta (mengandung bahan aktif dalam pelarut, karbon konduktif dan pengikat) pada pengumpul logam. Pengikat yang paling umum adalah PVDF (dilarutkan sebelumnya dalam pelarut NMP), dan bubur yang dihasilkan dicampur dan dituangkan ke kolektor, yang harus dikeringkan untuk menguapkan pelarut untuk menghasilkan elektroda berpori kering. Pengeringan memerlukan waktu lama, biasanya 12-24 jam pada suhu 120derajatC. Selain itu, karena NMP mahal dan mengkontaminasi, sistem pemulihan harus dipasang untuk memulihkan NMP yang menguap selama proses pengeringan (menambah investasi modal yang signifikan).

Deposisi semprotan elektrostatis berbasis pelarut: Bahan elektroda diaplikasikan ke kolektor menggunakan deposisi semprotan elektrostatik berbasis pelarut, yaitu, material yang diendapkan diatomisasi dalam nosel dan diaplikasikan ke kolektor; Elektroda yang dibuat dengan cara ini menunjukkan sifat serupa dengan elektroda cetakan bubur, dengan kelemahan serupa yaitu memerlukan proses pengeringan intensif yang juga memerlukan waktu dan energi (2 jam pada suhu 400derajatC). Baterai lithium juga diproduksi dengan teknik semprot, dimana setiap rakitan elektroda disemprotkan ke permukaan yang diinginkan menggunakan lapisan berbasis NMP, yang masih memerlukan penguapan pelarut.

(2) Proses preparasi elektroda kering dilakukan dengan berbagai metode seperti laser berdenyut dan deposisi sputtering. Deposisi laser berdenyut dicapai dengan memfokuskan laser ke target yang berisi material yang akan diendapkan, dan setelah laser mengenai target, material tersebut menguap dan diendapkan pada kolektor; meskipun tidak ada pelarut yang digunakan, film yang diendapkan harus tahan terhadap suhu 650-800derajatC, sedangkan deposisi sputtering magnetron dapat menurunkan suhu anil yang diperlukan hingga 350derajatC. Metode ini mewakili fabrikasi elektroda sel kering, namun laju deposisinya lambat dan memerlukan anil suhu tinggi.

Proses elektroda kering lebih murah dibandingkan proses basah tradisional, terutama dalam hal biaya tenaga kerja, investasi peralatan, dan ruang pabrik. Menurut makalah "Pembuatan Elektroda Bebas Pelarut untuk Baterai Lithium-ion" oleh Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, misalnya, Skenario Desain Baterai 1 Misalnya, produksi elektroda kering adalah 21,6% , 14,2%, dan 13,1% lebih sedikit dalam hal tenaga kerja langsung, biaya peralatan, dan area pabrik, dibandingkan produksi elektroda basah, dengan asumsi 100,000 sel diproduksi per tahun.

2.3 Teknologi Lugless (all-lug): mengurangi resistansi internal baterai, volume pengelasan laser meningkat, persyaratan presisi peralatan tinggi

Teknologi (all-ear) dapat secara signifikan mengurangi konsumsi resistansi dan resistansi internal baterai. Menurut makalah Yulong Zhao "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) Baterai silinder tradisional: foil tembaga positif dan negatif serta diafragma aluminium foil ditumpuk dan dililitkan, dan kawat pemandu (lug) dilas di setiap ujung tembaga foil dan aluminium foil untuk memimpin elektroda. (2) Baterai 4680: seluruh kolektor diubah menjadi lug, jalur konduktif tidak lagi bergantung pada lug, arus ditransfer dari transmisi melintang sepanjang lug ke kolektor ke transmisi longitudinal kolektor, seluruh konduktif panjangnya diubah dari 800-1000mm dari panjang foil tembaga 1860 atau 2170 menjadi Seluruh panjang konduktif diubah dari 800-1000mm dari panjang foil tembaga 1860 atau 2170 menjadi 80mm (tinggi sel), yang mengurangi resistansi sampai 2mΩ dan konsumsi resistansi internal dari 2W hingga 0.2W, yang besarnya lebih rendah.

Fitur desain struktural: area kontak/konduksi lug di salah satu ujung sel sama dengan/lebih besar dari kolektor. Menurut paten "lugless" Tesla yang dikutip oleh nomor publik WeChat resmi GaoGong Lithium, paten tersebut menggambarkan setidaknya satu elektroda sebagai dudukan baterai lugless, khususnya: 1) Tingkat inti yang lebih rendah: ujung kolektor dibiarkan putih dan tidak dilapisi dengan material positif/negatif, dimana bagian kolektor dapat dipahami sebagai lug yang digeneralisasi, Tesla Kunci dari desain "lugless" adalah area konduksi lug sama persis dengan kolektor, atau bahkan area kontak lug dan area konduksi lebih besar dari area konduksi kolektor melalui desain struktur penutup yang terdiversifikasi; 2) tingkat atas inti: jika hanya menggunakan satu elektroda tanpa larutan lug, ujung atas masih sama dengan desain inti 18650, 21700. Menurut analisis paten, hanya satu ujung sambungan lugless yang dapat mencapai efek pengurangan resistansi internal sebanyak 5 kali lipat.

(1) Proses produksi: Menurut nomor publik resmi Jaringan Bahan Otomotif WeChat, yang dikutip di Rumah Otomotif, terdapat dua proses produksi untuk lug induksi, yaitu pertama pemotongan lalu penggulungan, dan penggulungan pertama lalu die-laser. pemotongan, khususnya:① Pemotongan pertama dan kemudian penggulungan: Melalui perhitungan yang tepat, material dipotong menjadi banyak bagian sebelum penggulungan. Ketika belitan mencapai energi yang telah ditentukan, pengelasan dilakukan. Pemotongan mati laser setelah penggulungan: material digulung secara langsung terlepas dari lebar dan ukurannya, dan pemotongan mati laser dilakukan pada material berlebih setelah mencapai energi yang telah ditentukan, yang memerlukan presisi tinggi.

(2) Persyaratan peralatan: Menurut nomor publik resmi WeChat dari Automotive Materials Network, mengutip informasi nomor publik Auto House dan GaoGong Lithium WeChat, dari perspektif peralatan produksi, terdapat perubahan besar dalam tiga aspek di bawah teknologi non- -lug kutub (all-polar lug), khususnya:① proses pelapisan: bentuk lengkung tertentu dari lug semua kutub menyebabkan persyaratan yang lebih tinggi untuk presisi peralatan, dan ruang putih pada cincin luar akan lebih banyak daripada ruang putih pada cincin bagian dalam;② peralatan pemotongan: persyaratan untuk proses pemotongan mati laser lebih tinggi. (2) peralatan pemotongan: persyaratan yang lebih tinggi untuk proses pemotongan mati laser, dan celah pada kesesuaian lapisan material karena tepi pemotongan yang tidak rata; (3) pengelasan laser: jumlah sambungan las dalam pengelasan titik laser semua lug meningkat lebih dari lima kali lipat dibandingkan dengan 21700. Secara khusus, menurut proses pengelasan, misalnya, menurut makalah Zhao Yulong "Power Battery 4680 full konten lug technology scan", lug penuh dan pelat kolektor atau sambungan shell, persyaratan teknologi pengelasan laser lebih tinggi, khususnya, dari pengelasan dua lug spot tradisional hingga pengelasan permukaan lug penuh, proses pengelasan dan volume pengelasan menjadi lebih banyak, intensitas laser dan panjang fokus tidak mudah dikendalikan, mudah dilas melalui pembakaran ke bagian dalam inti atau tanpa pengelasan;. Selain itu, beberapa perusahaan mengusulkan untuk menggunakan press-fit daripada paten pengelasan untuk pengumpul arus.

Kami mengambil teknologi CTC Tesla sebagai contoh dan menganalisisnya sebagai berikut: 1) Berbeda dengan paket baterai 2170 yang terdiri dari empat modul, paket baterai 4680 mengadopsi teknologi CTC dan paket baterai berfungsi sebagai pelat dasar kendaraan. Menurut situs resmi InsideEV, dari tampilan penampang paket baterai struktur Model Y baru yang ditampilkan pada tur pabrik Giga Berlin pada Oktober 2021, paket baterai 4680 secara langsung menghilangkan desain modul dan mengadopsi teknologi CTC, yang tersusun rapat di sasis kendaraan, yaitu bagian bawah Model Y yang dilengkapi dengan baterai 4680 dilubangi dan baterai berfungsi sebagai bagian bawah bodi mobil. Paket baterai berfungsi sebagai bagian bawah bodi mobil. Sebaliknya, baterai 2170 pada Model Y memiliki empat modul – dua modul pendek dan dua modul panjang. Dan perusahaan lithium dirgantara kami juga didasarkan pada penguasaan teknologi baterai silinder besar yang juga merupakan pemimpin jauh:http://www.optimum-china.com