Nova tecnologia de bateria de íon de lítio

Nova tecnologia de bateria de íon-lítio: foco em cilindros grandes, núcleos longos e outras oportunidades de inovação

1. Desenvolvimento da bateria: carregamento ultrarrápido, segurança e outros desempenhos são a direção principal; foco em cilindros grandes, células longas e outras inovações estruturais

1.1 Tendências de desempenho da bateria: layout da fábrica de baterias com alta taxa de energia, carregamento ultrarrápido e segurança e outras orientações técnicas

Ningde Time, BYD e outras fábricas principais de baterias estão se preparando para uma alta taxa de energia, carregamento super rápido e tecnologias de segurança de bateria, e o caminho de realização inclui inovação estrutural, inovação de materiais, etc.

    Ningde Times, a principal fábrica de baterias, definiu seis direções, como alta relação de energia, carregamento super rápido e segurança verdadeira, e os tipos de tecnologias incluem inovação estrutural, inovação de materiais e inovação de gestão. De acordo com o site oficial do Ningde Times, podemos ver que o Ningde Times definiu seis direções de inovação estrutural, inovação de materiais e inovação de gestão, que são alta energia específica, longa vida, carregamento ultrarrápido, verdadeira segurança, auto- controle de temperatura e gerenciamento inteligente. Tomemos o carregamento super rápido como exemplo, o carregamento super rápido do Ningde Time refere-se à carga mais rápida de 5 minutos a 80%, em termos de estrutura, peça polar multi-gradiente e método multi-ouvido são adotados, especificamente:① peça polar multi-gradiente: regulando a distribuição gradiente da estrutura porosa da peça polar, a camada superior da estrutura de alta porosidade, a camada inferior da estrutura de densidade sólida de alta pressão, levando perfeitamente em consideração o núcleo duplo de alta densidade de energia e carregamento super rápido;② multi-orelha: desenvolvimento de espaço multidimensional (2) Multicamadas: o desenvolvimento da tecnologia de lug espacial multidimensional, que melhora muito a capacidade de suporte de corrente da peça polar e rompe o gargalo técnico do aumento de alta temperatura da bateria célula durante o carregamento direto de 500A.

1.2 Novo tipo de inovação de bateria/estrutura: grandes células cilíndricas, longas, etc. são orientações importantes de layout para fábricas de baterias

Analisamos o formato da bateria, o progresso da produção em massa, o índice de desempenho e as características vantajosas das principais fábricas de baterias, que estão desenvolvendo ativamente novos formatos de baterias, como cilindros grandes e células longas. Tomemos a Honeycomb Energy como exemplo, a segunda geração de sua célula longa e fina laminada L600 concluiu o desenvolvimento e espera-se que atinja a produção em massa em Q3 2022; em termos de índice de desempenho, a capacidade da célula única L600 aumentou para 196Ah, a densidade de energia é superior a 185wh/kg e a densidade de energia volumétrica é superior a 430wh/L, que possui características vantajosas como alta compatibilidade, alta adaptabilidade, alta segurança e longa vida.

(2) Grandes baterias cilíndricas: Tesla, BAK, EVERLIGHT e outras fábricas de baterias estão lançando grandes baterias cilíndricas. Tome Tesla como exemplo, a bateria 4680 adota cátodo de alto níquel + material de cátodo de carbono de silício e tecnologia de terminal sem eletrodo, com uma densidade de energia de 300Wh/kg, a capacidade da bateria é 5 vezes maior que a solução 2170 atual, e a potência de saída é 6 vezes maior. Além disso, possui vantagens em densidade de energia, potência e eficiência de carregamento.

2. Cilíndrico grande: espera-se que as aplicações de laser aumentem; requisitos de alta precisão do equipamento

2.1 Bateria cilíndrica grande: Tomemos o Tesla 4680 como exemplo, inovações técnicas como eletrodo seco e terminal sem eletrodo são dignas de atenção

De acordo com o artigo, a bateria cilíndrica 4680 é mais uma inovação estrutural da bateria cilíndrica da menor 1865 a 2170. Em comparação com a bateria 2170 usada anteriormente, a bateria 4680 reduz significativamente a geração de calor, resolve o problema de dissipação de calor de alta densidade de energia células e aumenta a potência de pico de carga e descarga, tornando a bateria 4680 5 vezes mais energia e 6 vezes mais energia do que a bateria 2170, ao mesmo tempo que reduz o custo em 14% e aumenta o alcance em 16%.

Em termos de inovação estrutural e processo de fabricação, o 4680 possui três grandes inovações tecnológicas em comparação com as baterias anteriores - processo de eletrodo seco, sem lugless (all lug) e tecnologia CTC - que resultaram em menores custos de produção de células e maiores melhorias de desempenho. Tomemos a tecnologia sem lugless como exemplo, o design da célula 4680 transforma todo o coletor em terminais, o caminho condutor não depende mais dos terminais e a transmissão de corrente é alterada de transmissão transversal ao longo dos terminais para a placa coletora para transmissão longitudinal em o coletor, o que reduz a resistência para 2mΩ e o consumo de resistência interna de 2W a 0,2W.

2.2 Processo de eletrodo seco: baixo custo em comparação com o processo úmido tradicional, o núcleo está na formulação do eletrodo e no equipamento de extrusão de filme

A tecnologia de eletrodo seco Maxwell é adequada para a química atual da bateria de lítio e novos materiais avançados de eletrodo, nenhum solvente é usado no processo de fabricação e pode ser estendido à produção rolo a rolo, e a tecnologia principal é a formulação do eletrodo e a formação de filme equipamento de extrusão.

(1) De acordo com o artigo "Dry Electrode Coating Technology" de Hieu Duong, Joon Shin e Yudi Yudi, a tecnologia de eletrodo seco da Maxwell consiste em três etapas: (i) mistura de pó seco, (ii) moldagem de pó para revestimento fino, (iii) ) prensagem de revestimento fino e coleta de fluido, todas as três etapas são livres de solventes. O processo de eletrodo seco da Maxwell é escalonável para os atuais produtos químicos de bateria de íons de lítio e novos materiais avançados de eletrodo de bateria; especificamente, o processo seco proprietário da Maxwell é usado para misturar o pó para formar uma mistura final de materiais ativos, aglutinantes e aditivos condutores, que é extrusada e calandrada para formar A mistura de pó é extrudada e calandrada para formar uma mistura seca contínua e autossustentada filme de eletrodo revestido que também pode ser enrolado em rolos. Finalmente, a fina camada do eletrodo é pressionada junto com o fluido coletor para formar o eletrodo da bateria.

(2) Em termos de vantagens, de acordo com o artigo "Dry Electrode Coating Technology" de Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, o processo de eletrodo seco Maxwell pode ser aplicado a materiais de bateria clássicos e avançados e pode ser estendido para bobinar -produção de bobina em comparação com eletrodos úmidos tradicionais. (3) Em termos de tecnologia principal, de acordo com a Battery World Online, a tecnologia principal do processo de eletrodo seco da Maxwell é a formulação do eletrodo e a tecnologia e equipamentos de extrusão formadora de filme.

Além disso, eletrodos secos podem ser realizados por vários métodos, como laser pulsado e deposição por pulverização catódica, que requerem processo adicional de recozimento de filme em comparação aos processos de eletrodo úmido e seco Maxwell. De acordo com o artigo "Fabricação sem solventes de eletrodos para baterias de íons de lítio" de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang e Heng Pan, ao contrário do processo de preparação de eletrodo úmido, eletrodos secos podem ser fabricados por deposição de laser pulsado. O processo de eletrodo seco pode ser alcançado por vários métodos, como laser pulsado e deposição por pulverização catódica, que não requer secagem, mas requer recozimento adicional de filme fino devido à alta temperatura causada pela deposição de laser pulsado. O processo de preparação do eletrodo proposto neste artigo é o seguinte.

(1) Processo de preparação de eletrodo úmido① Processo de fundição de pasta: Os eletrodos da bateria de lítio são feitos fundindo uma pasta (contendo material ativo em solvente, carbono condutor e aglutinante) em um coletor de metal. O ligante mais comum é o PVDF (pré-dissolvido no solvente NMP), e a pasta resultante é misturada e lançada no coletor, que deve ser seco para evaporar o solvente para produzir um eletrodo poroso seco. A secagem leva muito tempo, normalmente 12-24 horas a 120grauC. Além disso, como o NMP é caro e contaminante, um sistema de recuperação deve ser instalado para recuperar o NMP evaporado durante o processo de secagem (acrescentando um investimento de capital significativo).

Deposição eletrostática por pulverização à base de solvente: O material do eletrodo é aplicado no coletor por meio de deposição eletrostática por pulverização à base de solvente, ou seja, o material depositado é atomizado em um bico e aplicado no coletor; eletrodos construídos dessa maneira exibem propriedades semelhantes aos eletrodos fundidos em pasta, com a desvantagem semelhante de exigir um processo de secagem intensivo que também requer tempo e energia (2 horas a 400grauC). As baterias de lítio também são produzidas pela técnica de spray, onde cada conjunto de eletrodo é pulverizado na superfície desejada usando um revestimento à base de NMP, que ainda requer evaporação do solvente.

(2) O processo de preparação do eletrodo seco é obtido por vários métodos, como laser pulsado e deposição por pulverização catódica. A deposição do laser pulsado é obtida focando um laser em um alvo contendo o material a ser depositado e, uma vez que o laser atinge o alvo, o material vaporiza e é depositado no coletor; embora nenhum solvente seja usado, o filme depositado deve suportar temperaturas de 650-800grauC, enquanto a deposição por pulverização catódica do magnetron pode reduzir a temperatura de recozimento necessária para 350grauC. Este método é representativo da fabricação de eletrodos de células secas, mas a taxa de deposição é lenta e requer recozimento em alta temperatura.

O processo de eletrodo seco é mais barato que o processo úmido tradicional, principalmente em termos de custo de mão de obra, investimento em equipamentos e espaço de fábrica. De acordo com o artigo "Fabricação sem solventes de eletrodos para baterias de íons de lítio" de Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang e Heng Pan, por exemplo, Cenário de design de bateria 1 Por exemplo, a produção de eletrodos secos é de 21,6% , 14,2% e 13,1% menos em mão de obra direta, custo de equipamentos e área da fábrica, respectivamente, do que a produção de eletrodos úmidos, assumindo que 100,{10}} células sejam produzidas por ano.

2.3 Tecnologia Lugless (all-lug): reduz a resistência interna da bateria, volume de soldagem a laser para cima, altos requisitos de precisão do equipamento

A tecnologia (all-ear) pode reduzir significativamente a resistência e o consumo de resistência interna da bateria. De acordo com o artigo de Yulong Zhao "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) Bateria cilíndrica tradicional: folha de cobre positiva e negativa e diafragma de folha de alumínio são empilhados e enrolados, e um fio guia (talão) é soldado em cada extremidade do cobre papel alumínio e papel alumínio para guiar o eletrodo. (2) Bateria 4680: todo o coletor é transformado em um terminal, o caminho condutor não depende mais do terminal, a corrente é transferida da transmissão transversal ao longo do terminal para o coletor para a transmissão longitudinal do coletor, todo o condutor o comprimento é alterado de 800-1000mm do comprimento da folha de cobre 1860 ou 2170 para O comprimento inteiro condutor é alterado de 800-1000mm do comprimento da folha de cobre 1860 ou 2170 para 80mm (altura da célula), o que reduz a resistência a 2mΩ e o consumo de resistência interna de 2W a 0,2W, uma ordem de grandeza menor.

Características estruturais do projeto: a área de contato/condução do terminal em uma extremidade da célula é igual/maior que o coletor. De acordo com a patente "sem lugless" da Tesla citada pelo número público oficial do WeChat da GaoGong Lithium, ela descreve pelo menos um eletrodo como um suporte de bateria sem lugless, especificamente: 1) O nível inferior do núcleo: a extremidade do coletor é deixada branca e não revestida com materiais positivos/negativos, onde a parte do coletor pode ser entendida como um terminal generalizado, Tesla A chave para o design "sem terminais" é que a área de condução do terminal é exatamente a mesma do coletor, ou mesmo a área de contato do terminal e a área de condução são maiores que a área de condução do coletor através do projeto de estrutura diversificada da cobertura; 2) o nível superior do núcleo: se apenas um eletrodo sem solução de ressalto for usado, a extremidade superior ainda será a mesma do design do núcleo 18650, 21700. De acordo com a análise da patente, apenas uma extremidade da conexão sem lugless pode atingir o efeito de reduzir a resistência interna em 5 vezes.

(1) Processo de produção: De acordo com o número público oficial do WeChat da Automotive Materials Network, citado em Automotive Home, existem dois processos de produção para terminais de indução, ou seja, primeiro corte e depois enrolamento, e primeiro enrolamento e depois matriz a laser. corte, especificamente:① Primeiro corte e depois enrolamento: Através de cálculos precisos, o material é cortado em várias partes antes do enrolamento. Quando o enrolamento atinge a energia predefinida, a soldagem é realizada. Corte a laser após enrolamento: o material é enrolado diretamente, independentemente da largura e tamanho, e o corte a laser é realizado no excesso de material após atingir a energia predefinida, o que requer alta precisão.

(2) Requisitos de equipamento: De acordo com o número público oficial do WeChat da Automotive Materials Network, citando as informações da Auto House e do número público GaoGong Lithium WeChat, do ponto de vista dos equipamentos de produção, há grandes mudanças em três aspectos sob a tecnologia de não -terminal polar (terminal totalmente polar), especificamente:① processo de revestimento: a forma curva do terminal totalmente polar causa requisitos mais elevados de precisão do equipamento, e o espaço em branco no anel externo será cada vez maior do que o espaço em branco no anel interno;② equipamento de corte: os requisitos para o processo de corte a laser são maiores. (2) equipamento de corte: requisitos mais elevados para o processo de corte e vinco a laser e lacunas no ajuste da camada de material devido a arestas de corte irregulares; (3) soldagem a laser: o número de juntas soldadas na soldagem a ponto a laser de todos os terminais é aumentado em mais de cinco vezes em comparação com 21700. Especificamente, de acordo com o processo de soldagem, por exemplo, de acordo com o artigo de Zhao Yulong "Power Battery 4680 full conteúdo de varredura de tecnologia lug, o terminal completo e placa coletora ou conexão de invólucro, os requisitos de tecnologia de soldagem a laser são maiores, especificamente, da tradicional soldagem por pontos de dois terminais até a soldagem de superfície completa, processo de soldagem e volume de soldagem tornaram-se mais, intensidade do laser e a distância focal não é fácil de controlar, fácil de soldar através de queimadura no interior do núcleo ou sem soldagem;. Além disso, algumas empresas propõem usar patentes de encaixe por pressão em vez de soldagem para o coletor de corrente.

Tomamos a tecnologia CTC da Tesla como exemplo e a analisamos da seguinte forma: 1) Ao contrário da bateria 2170 que consiste em quatro módulos, a bateria 4680 adota a tecnologia CTC e a bateria atua como placa de base do veículo. De acordo com o site oficial da InsideEV, a partir da visão transversal da nova bateria de estrutura do Modelo Y mostrada no tour pela fábrica da Giga Berlin em outubro de 2021, a bateria 4680 elimina diretamente o design do módulo e adota a tecnologia CTC, que é densamente organizada em o chassi do veículo, ou seja, a parte inferior do Modelo Y equipado com a bateria 4680 é oco e a bateria atua como parte inferior da carroceria. A bateria serve como parte inferior da carroceria. Em contraste, a bateria 2170 do Modelo Y possui quatro módulos – dois módulos curtos e dois módulos longos. E nossa empresa de lítio aeroespacial também se baseia no domínio da tecnologia de grandes baterias cilíndricas e também é um líder distante:http://www.optimum-china.com