Li-ion pil yeni teknolojisi

Li-ion pil yeni teknolojisi: büyük silindirlere, uzun çekirdeklere ve diğer yenilik fırsatlarına odaklanın

1. Pil geliştirme: ultra hızlı şarj, güvenlik ve diğer performans ana yöndür; büyük silindirlere, uzun hücrelere ve diğer yapısal yeniliklere odaklanma

1.1 Pil performansı eğilimleri: yüksek enerji oranına sahip pil fabrikası düzeni, ultra hızlı şarj ve güvenlik ve diğer teknik talimatlar

Ningde Time, BYD ve diğer çekirdek pil fabrikaları, yüksek enerji oranı, süper hızlı şarj ve pil güvenliği teknolojileri yönünde uzanıyor ve gerçekleştirme yolu yapısal yenilik, malzeme yeniliği vb. içeriyor.

    Önde gelen pil fabrikası Ningde Times, yüksek enerji oranı, süper hızlı şarj ve gerçek güvenlik gibi altı yön ortaya koydu ve teknoloji türleri arasında yapısal yenilik, malzeme yeniliği ve yönetim yeniliği yer alıyor. Ningde Times'ın resmi web sitesine göre, Ningde Times'ın yüksek özgül enerji, uzun ömür, ultra hızlı şarj, gerçek güvenlik, kendi kendine yetme olmak üzere altı yapısal yenilik, malzeme yeniliği ve yönetim yeniliği yönünde ortaya koyduğunu görebiliriz. kontrol sıcaklığı ve akıllı yönetim. Örnek olarak süper hızlı şarjı ele alalım; Ningde Time'ın süper hızlı şarjı, yapı açısından en hızlı 5 dakika ila %80 şarj anlamına gelir; çok kademeli kutup parçası ve çok kulaklı yöntem özellikle benimsenmiştir:① Çok gradyanlı kutup parçası: kutup parçasının gözenekli yapısının gradyan dağılımını düzenleyerek, yüksek gözenekli yapının üst katmanı, yüksek basınçlı katı yoğunluklu yapının alt katmanı, yüksek enerji yoğunluğunun çift çekirdeğini mükemmel bir şekilde hesaba katarak ve süper hızlı şarj;② çok kulaklı: çok boyutlu alanın geliştirilmesi (2) Çok katmanlı: kutup parçasının mevcut taşıma kapasitesini büyük ölçüde artıran ve pilin yüksek sıcaklık artışından kaynaklanan teknik darboğazını aşan çok boyutlu uzay pabucu teknolojisinin geliştirilmesi 500A doğrudan şarj sırasında hücre.

1.2 Yeni pil türü/yapı yeniliği: büyük silindirik, uzun hücreler vb. pil fabrikaları için önemli yerleşim talimatlarıdır

Büyük silindirler ve uzun hücreler gibi yeni pil formlarını aktif olarak ortaya koyan büyük pil fabrikalarının pil formunu, seri üretim ilerlemesini, performans endeksini ve avantajlı özelliklerini taradık. Örnek olarak Honeycomb Energy'yi ele alalım, lamine uzun ince hücreli L600'ün ikinci nesli geliştirmeyi tamamladı ve Q3 2022 yılında seri üretime geçmesi bekleniyor; performans indeksi açısından L600 tek hücrenin kapasitesi 196Ah'a çıkmış, enerji yoğunluğu 185wh/kg'dan fazla ve hacimsel enerji yoğunluğu 430wh/L'den fazla olup, yüksek uyumluluk, yüksek uyarlanabilirlik, yüksek güvenlik gibi avantajlı özelliklere sahiptir. ve uzun ömür.

(2) Büyük silindirik: Tesla, BAK, EVERLIGHT ve diğer pil fabrikaları büyük silindirik piller üretiyor. Örnek olarak Tesla'yı ele alalım; 4680 pil, 300Wh/kg enerji yoğunluğuyla yüksek nikel katot + silikon karbon katot malzemesi ve elektrotsuz pabuç teknolojisini benimser, pil kapasitesi mevcut 2170 çözümünden 5 kat daha yüksektir ve çıkış gücü 6 kat daha yüksek. Ayrıca enerji yoğunluğu, güç ve şarj verimliliği açısından da avantajlara sahiptir.

2. Büyük silindirik: Lazer uygulamalarının artması bekleniyor; yüksek ekipman hassasiyeti gereksinimleri

2.1 Büyük silindirik pil: Örnek olarak Tesla 4680'i ele alalım, kuru elektrot ve elektrotsuz pabuç gibi teknik yenilikler dikkate değerdir

Makaleye göre, 4680 silindirik pil, daha küçük olan 1865'ten 2170'e kadar olan silindirik pilin bir başka yapısal yeniliğidir. Daha önce kullanılan 2170 pil ile karşılaştırıldığında, 4680 pil, ısı üretimini önemli ölçüde azaltır ve yüksek enerji yoğunluğunun ısı dağılımı sorununu çözer. Hücreleri şarj eder ve şarj ve deşarjın tepe gücünü artırır, sonuçta 4680 pilini 2170 pilinden 5 kat daha fazla enerji ve 6 kat daha fazla güç haline getirirken maliyeti %14 azaltır ve menzili %16 artırır.

Yapısal yenilik ve üretim süreci açısından 4680, önceki pillerle karşılaştırıldığında üç önemli teknolojik yeniliğe sahiptir: kuru elektrot işlemi, pabuçsuz (tamamen pabuçlu) ve CTC teknolojisi - bunlar daha düşük hücre üretim maliyetleri ve daha fazla performans artışı sağlamıştır. Örnek olarak pabuçsuz teknolojiyi ele alalım, 4680 hücre tasarımı tüm kolektörü pabuçlara dönüştürür, iletken yol artık pabuçlara bağlı değildir ve akım iletimi pabuçlar boyunca kollektör plakasına enine iletimden, uzunlamasına transmisyona değiştirilir. direnci 2m'ye düşüren toplayıcıΩ ve iç direnç tüketimi 2W'tan 0.2W'a çıktı.

2.2 Kuru elektrot işlemi: geleneksel ıslak işlemle karşılaştırıldığında düşük maliyetlidir, temel olarak elektrot formülasyonunda ve film ekstrüzyon ekipmanında yatmaktadır.

Maxwell kuru elektrot teknolojisi, mevcut lityum pil kimyası ve gelişmiş yeni elektrot malzemeleri için uygundur, üretim sürecinde hiçbir solvent kullanılmaz ve rulodan ruloya üretime genişletilebilir ve temel teknoloji, elektrot formülasyonu ve film oluşturmadır. ekstrüzyon ekipmanı.

(1) Hieu Duong, Joon Shin ve Yudi Yudi'nin "Kuru Elektrot Kaplama Teknolojisi" başlıklı makalesine göre, Maxwell'in kuru elektrot teknolojisi üç adımdan oluşur: (i) kuru toz karıştırma, (ii) tozdan ince kaplamaya kalıplama, (iii) ) ince kaplama ve sıvı toplama preslemesi, üç adımın tümü solvent içermez. Maxwell'in kuru elektrot işlemi, mevcut lityum iyon pil kimyalarına ve gelişmiş yeni pil elektrot malzemelerine göre ölçeklenebilir; özellikle, Maxwell'in tescilli kuru prosesi, aktif malzemeler, bağlayıcılar ve iletken katkı maddelerinden oluşan nihai bir toz karışımı oluşturmak üzere tozu karıştırmak için kullanılır; bu karışım, ekstrüde edilir ve kalenderlenir. Toz karışımı, sürekli, kendi kendini destekleyen bir kuru oluşturmak üzere ekstrüzyonlanır ve perdahlanır. Rulo halinde de sarılabilen kaplamalı elektrot filmi. Son olarak ince elektrot katmanı, akü elektrotunu oluşturmak üzere toplayıcı sıvıyla birlikte bastırılır.

(2) Avantajlar açısından, Hieu Duong, Joon Shin ve Yudi Yudi'nin "Kuru Elektrot Kaplama Teknolojisi" başlıklı makalesine göre, Maxwell kuru elektrot işlemi klasik ve gelişmiş pil malzemelerine uygulanabilir ve makaradan makaraya kadar genişletilebilir. Geleneksel ıslak elektrotlarla karşılaştırıldığında makara üretimi. (3) Çekirdek teknolojisi açısından, Battery World Online'a göre Maxwell'in kuru elektrot işleminin temel teknolojisi, elektrot formülasyonu ve film oluşturucu ekstrüzyon teknolojisi ve ekipmanıdır.

Ayrıca kuru elektrotlar, ıslak ve Maxwell kuru elektrot işlemlerine kıyasla ek film tavlama işlemi gerektiren darbeli lazer ve püskürtme biriktirme gibi çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilebilmektedir. Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan'ın "Lityum İyon Piller için Elektrotların Solventsiz Üretimi" başlıklı makalesine göre, ıslak elektrot hazırlama prosesinin aksine, kuru elektrotlar darbeli lazer biriktirme yoluyla üretilebilir. Kuru elektrot işlemi, darbeli lazer ve püskürtmeli biriktirme gibi, kurutma gerektirmeyen ancak darbeli lazer biriktirmenin neden olduğu yüksek sıcaklık nedeniyle ilave ince film tavlaması gerektiren çeşitli yöntemlerle elde edilebilir. Bu yazıda önerilen elektrot hazırlama işlemi aşağıdaki gibidir.

(1) Islak elektrot hazırlama işlemi① Macun döküm işlemi: Lityum pil elektrotları, bir metal toplayıcı üzerine bir macunun (çözücü, iletken karbon ve bağlayıcı içinde aktif madde içeren) dökülmesiyle yapılır. En yaygın bağlayıcı PVDF'dir (çözücü NMP içinde önceden çözülmüş) ve elde edilen bulamaç karıştırılır ve toplayıcıya dökülür; kuru gözenekli bir elektrot üretmek için çözücüyü buharlaştırmak üzere kurutulması gerekir. Kurutma uzun bir zaman alır, genellikle 120°C'de 12-24 saatdereceC. Ayrıca, NMP maliyetli ve kirletici olduğundan, kurutma işlemi sırasında buharlaşan NMP'yi geri kazanmak için bir geri kazanım sistemi kurulmalıdır (önemli miktarda sermaye yatırımı ekler).

Solvent bazlı elektrostatik sprey biriktirme: Elektrot malzemesi, solvent bazlı elektrostatik sprey biriktirme kullanılarak toplayıcıya uygulanır, yani biriktirilen malzeme bir ağızlıkta atomize edilir ve toplayıcıya uygulanır; Bu şekilde oluşturulan elektrotlar, bulamaç döküm elektrotlara benzer özellikler sergiler; ancak aynı zamanda zaman ve enerji gerektiren yoğun bir kurutma işlemi gerektirmesi gibi benzer bir dezavantaja sahiptir (400°C'de 2 saat).dereceC). Lityum piller ayrıca, her bir elektrot düzeneğinin, hala çözücünün buharlaştırılmasını gerektiren NMP bazlı bir kaplama kullanılarak istenen yüzeye püskürtüldüğü püskürtme tekniği kullanılarak da üretilir.

(2) Kuru elektrot hazırlama işlemi, darbeli lazer ve püskürtme biriktirme gibi çeşitli yöntemlerle gerçekleştirilir. Darbeli lazer biriktirme, lazerin biriktirilecek malzemeyi içeren bir hedefe odaklanmasıyla elde edilir ve lazer hedefe çarptığında malzeme buharlaşır ve toplayıcı üzerinde biriktirilir; solvent kullanılmamasına rağmen biriktirilen filmin 650-800 sıcaklığa dayanması gerekirdereceC, magnetron püskürtme biriktirme gerekli tavlama sıcaklığını 350 ° C'ye düşürebilirkendereceC. Bu yöntem kuru hücre elektrot imalatını temsil eder, ancak biriktirme hızı yavaştır ve yüksek sıcaklıkta tavlama gerektirir.

Kuru elektrot işlemi, esas olarak işçilik maliyeti, ekipman yatırımı ve tesis alanı açısından geleneksel ıslak işlemden daha ucuzdur. Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan'ın "Lityum İyon Piller için Solventsiz Elektrot Üretimi" başlıklı makalesine göre, örneğin Pil Tasarımı Senaryosu 1 Örneğin, kuru elektrot üretimi %21,6'dır. Yılda 100000 hücrenin üretildiği varsayıldığında, ıslak elektrot üretimine göre doğrudan işçilik, ekipman maliyeti ve tesis alanı sırasıyla %14,2 ve %13,1 daha azdır.

2.3 Lugless (all-lug) teknolojisi: akünün iç direncini azaltır, lazer kaynak hacmini artırır, yüksek ekipman hassasiyeti gereksinimleri

(tüm kulak) teknolojisi, pilin direncini ve dahili direnç tüketimini önemli ölçüde azaltabilir. Yulong Zhao'nun "Güç Pil 4680 Tam Pabuç Teknolojisi Taraması" makalesine göre: 1) Geleneksel silindirik pil: pozitif ve negatif bakır folyo ve alüminyum folyo diyafram istiflenir ve sarılır ve bakırın her iki ucuna bir kılavuz tel (pabuç) kaynak yapılır Elektrodu yönlendirmek için folyo ve alüminyum folyo. (2) 4680 pil: toplayıcının tamamı bir pabuca dönüştürülür, iletken yol artık pabuca bağlı değildir, akım pabuç boyunca enine iletimden toplayıcıya, toplayıcının uzunlamasına iletimine, tüm iletkene aktarılır uzunluk, 1860 veya 2170 bakır folyo uzunluğunun 800-1000mm'sinden 1860 veya 2170 bakır folyo uzunluğunun 800-1000mm'sine değiştirildi, bu da direnci azaltacak şekilde 80 mm'ye (hücre yüksekliği) değiştirildi 2m'ye kadarΩ ve iç direnç tüketimi 2W'tan 0.2W'a, yani bir miktar daha düşük.

Yapısal tasarım özellikleri: Hücrenin bir ucundaki pabucun temas/iletim alanı kolektöre eşit/daha büyüktür. GaoGong Lityum resmi WeChat kamu numarasında belirtilen Tesla'nın "pabuçsuz" patentine göre, en az bir elektrotu pabuçsuz pil yuvası olarak tanımlamaktadır, özellikle: 1) Çekirdeğin alt seviyesi: toplayıcının ucu beyaz bırakılmıştır ve kaplanmamıştır. pozitif/negatif malzemelerle, burada toplayıcı kısmı genelleştirilmiş bir pabuç olarak anlaşılabilir, Tesla "Pabuçsuz" tasarımın anahtarı, pabuç iletim alanının kollektörle, hatta pabuç temas alanı ve iletim alanıyla tamamen aynı olmasıdır Kapak çeşitlendirilmiş yapı tasarımı sayesinde kollektör iletim alanından daha büyüktür; 2) çekirdeğin üst seviyesi: pabuç çözümü olmayan yalnızca bir elektrot kullanılırsa üst uç yine 18650, 21700 çekirdek tasarımıyla aynıdır. Patent analizine göre pabuçsuz bağlantının yalnızca bir ucu iç direnci 5 kat azaltma etkisine ulaşabiliyor.

(1) Üretim süreci: Automotive Home'da belirtilen, Automotive Materials Network'ün resmi WeChat halka açık numarasına göre, indüksiyon pabuçları için iki üretim süreci vardır; yani önce kesme ve sonra sarma, ilk sarma ve ardından lazer kalıplama. kesme, özellikle:① Önce kesme ve sonra sarma: Hassas hesaplamayla malzeme, sarmadan önce birçok parçaya kesilir. Sargı önceden ayarlanan enerjiye ulaştığında kaynak yapılır. Sarma sonrası lazer kalıplı kesim: Genişlik ve boyuttan bağımsız olarak malzeme doğrudan sarılır ve yüksek hassasiyet gerektiren önceden ayarlanan enerjiye ulaşıldıktan sonra fazla malzeme üzerinde lazer kalıplı kesim yapılır.

(2) Ekipman gereksinimleri: Auto House ve GaoGong Lithium WeChat kamu numarasının bilgilerine atıfta bulunarak, Automotive Materials Network'ün resmi WeChat genel numarasına göre, üretim ekipmanı açısından bakıldığında, olmayan teknoloji kapsamında üç açıdan büyük değişiklikler var. -kutup pabucu (tüm kutuplu pabuç), özellikle:① kaplama işlemi: tüm kutuplu pabucun belirli kavisli şekli, ekipman hassasiyeti için daha yüksek gereksinimlere neden olur ve dış halkadaki beyaz alan, iç halkadaki beyaz alandan giderek daha fazla olacaktır;② kesme ekipmanı: lazer kalıplı kesme işlemine yönelik gereksinimler daha yüksektir. (2) kesme ekipmanı: lazer kalıplı kesme işlemi için daha yüksek gereksinimler ve düzgün olmayan kesme kenarları nedeniyle malzeme katmanındaki boşluklar; (3) lazer kaynağı: tüm pabuçların lazer nokta kaynağındaki kaynaklı bağlantıların sayısı, 21700'e kıyasla beş kattan fazla artırılmıştır. Özellikle, kaynak işlemine göre, örneğin Zhao Yulong'un "Power Battery 4680 full" makalesine göre pabuç teknolojisi taraması" içeriği, tam pabuç ve toplayıcı plaka veya kabuk bağlantısı, lazer kaynak teknolojisi gereksinimleri daha yüksektir, özellikle geleneksel iki pabuçlu punta kaynağından tam pabuç yüzey kaynağına kadar, kaynak işlemi ve kaynak hacmi daha fazla hale geldi, lazer yoğunluğu ve odak uzunluğunun kontrol edilmesi kolay değildir, çekirdeğin iç kısmına yakılarak kaynak yapılması kolaydır veya kaynak yapılmaz; Ayrıca bazı şirketler mevcut koleksiyoncu için kaynak patentleri yerine presle geçmeyi kullanmayı öneriyor.

Tesla'nın CTC teknolojisini örnek alıyoruz ve şu şekilde analiz ediyoruz: 1) Dört modülden oluşan 2170 pil paketinden farklı olarak 4680 pil paketi, CTC teknolojisini benimsiyor ve pil paketi, aracın taban plakası görevi görüyor. InsideEV'in resmi web sitesine göre, Ekim 2021'de Giga Berlin fabrika turunda gösterilen yeni Model Y yapılı pil paketinin kesit görünümünden, 4680 pil paketi, modül tasarımını doğrudan ortadan kaldırıyor ve yoğun bir şekilde düzenlenmiş CTC teknolojisini benimsiyor. Araç şasisi, yani 4680 pil takımıyla donatılmış Model Y'nin alt kısmı oyuktur ve pil takımı alt gövde görevi görür. Pil takımı alt gövde görevi görür. Buna karşılık, Model Y'deki 2170 pilin iki kısa modül ve iki uzun modül olmak üzere dört modülü vardır. Havacılık ve uzay lityum şirketimiz de büyük silindirik pil teknolojisindeki ustalığa dayanmaktadır ve aynı zamanda açık ara liderdir:http://www.optimum-china.com