Το άλμα απόδοσης των κυττάρων της μπαταρίας λιθίου βασίστηκε πάντοτε σε συνεχείς ανακαλύψεις στην τεχνολογία υλικών. Η καινοτομία σε θετικά υλικά ηλεκτροδίων, τα αρνητικά υλικά ηλεκτροδίων, οι διαχωριστές και οι ηλεκτρολύτες από την παγκόσμια επιστημονική έρευνα και τη βιομηχανία οδηγούν την εξέλιξη των κυττάρων της μπαταρίας προς την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, τη διάρκεια μεγαλύτερης διάρκειας ζωής και την καλύτερη ασφάλεια. Αυτή η καινοτομία υλικού πλήρους αλυσίδας παρέχει την βασική κινητήρια δύναμη για νέα ενεργειακά οχήματα, αποθήκευση ενέργειας και άλλους τομείς.
1 θετικό υλικό ηλεκτροδίου: εξισορρόπηση υψηλής χωρητικότητας και σταθερότητας
Η διαδρομή "υψηλής νίκης νικελίου" της Κίνας συνεχίζει να σπάει. Το υλικό θετικού ηλεκτροδίου NCM911 (με περιεκτικότητα σε νικέλιο 90%) που αναπτύχθηκε από μια συγκεκριμένη επιχείρηση έχει συγκεκριμένη χωρητικότητα 220mAh/g, η οποία είναι 10% υψηλότερη από το NCM811 και η ενεργειακή πυκνότητα του κυττάρου της μπαταρίας υπερβαίνει το 800Wh/L. Μέσω της διαδικασίας "μονοκρυσταλλικής+επικάλυψης": Τα δευτερεύοντα σωματίδια χωρίζονται σε μεμονωμένους κρυστάλλους (μέγεθος σωματιδίων 3 μm) και η επιφάνεια είναι επικαλυμμένη με λεπτή μεμβράνη LipO3 (πάχος 2nm). Μετά από 500 κύκλους, το ποσοστό διατήρησης της χωρητικότητας φθάνει το 90%, επίλυση του προβλήματος της δομικής κατάρρευσης σε υλικά με υψηλά νικέλια. Σε ένα υψηλό - end ηλεκτρικό όχημα μπαταρία, αυτό το υλικό επιτρέπει μια σειρά από πάνω από 1000 χιλιόμετρα.
Η καινοτομία των ελεύθερων καθόδων από κοβάλτιο στις Ηνωμένες Πολιτείες μειώνει το κόστος. Το θετικό ηλεκτρόδιο σιδήρου (LMFP) που αναπτύχθηκε από το Tesla έχει αυξήσει την ειδική του χωρητικότητα από 170mAh/g LFP σε 190mAh/g με doping με στοιχείο μαγγανίου (περιεχόμενο 20%), ενώ αυξάνει την πλατφόρμα τάσης κατά 0,2V. Το "υγρό - σύνθεση φάσης" μειώνει το κόστος του υλικού κατά 30% σε σύγκριση με το NCM και δεν περιέχει στοιχείο κοβαλτίου (για να αποφευχθούν οι κίνδυνοι πόρων). Οι δοκιμές έχουν δείξει ότι τα κύτταρα που χρησιμοποιούν LMFP έχουν ποσοστό διατήρησης χωρητικότητας 85% σε - 20 βαθμούς, το οποίο είναι 15% υψηλότερο από το LFP και κατάλληλα για σενάρια χαμηλής θερμοκρασίας.
2 αρνητικό υλικό ηλεκτροδίου: Η άφιξη του πυριτίου - βασισμένη στην εποχή
Η εμπορική ανακάλυψη της Ιαπωνίας σε "σύνθετα άνθρακα πυριτίου". Το αρνητικό ηλεκτρόδιο άνθρακα πυριτίου που αναπτύχθηκε από την Panasonic (με περιεκτικότητα σε πυρίτιο 20%) έχει ειδική χωρητικότητα 600mAh/g, η οποία είναι 1,5 φορές αυτή των αρνητικών ηλεκτροδίων γραφίτη και αυξάνει την ενεργειακή πυκνότητα των κυττάρων της μπαταρίας κατά 20%. Μέσω του σχεδιασμού των "σωματιδίων νανο πυριτίου+επικάλυψης άνθρακα": το μέγεθος των σωματιδίων πυριτίου ελέγχεται στα 50nm (για να αποφευχθεί η επέκταση και ο κατακερματισμός του όγκου) και η επιφάνεια είναι επικαλυμμένη με σκληρό στρώμα άνθρακα (πάχος 5nm). Μετά από 200 κύκλους, το ποσοστό διατήρησης της χωρητικότητας φθάνει το 85%. Το αρνητικό ηλεκτρόδιο έχει εφαρμοστεί σε μια συγκεκριμένη μπαταρία ηλεκτρικού οχήματος, επιτυγχάνοντας ενεργειακή πυκνότητα 300WH/kg στο πακέτο της μπαταρίας.
Το αρνητικό ηλεκτρόδιο της Ευρώπης με βάση το τιτάνιο επικεντρώνεται στην ασφάλεια. Το αρνητικό ηλεκτρόδιο λιθίου τιτανικού (LTO) μιας γερμανικής εταιρείας έχει μηδενικά χαρακτηριστικά καταπόνησης (ρυθμός αλλαγής όγκου<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 διάφραγμα και ηλεκτρολύτη: αόρατη εγγύηση για την ασφάλεια και την αγωγιμότητα
Η «επικαλυμμένη μεμβράνη» της Νότιας Κορέας ενισχύει την αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία. Το διάφραγμα επικαλυμμένο με κεραμικό επικαλυμμένο LG (υπόστρωμα ΡΡ, επικαλυμμένο με πάχος Al ₂ O3 3 μm) έχει βελτιωμένη αντοχή στη θερμοκρασία από 160 βαθμούς σε 200 μοίρες, με αντοχή παρακέντησης 300GF, η οποία είναι 50% υψηλότερη από τα συνηθισμένα διαφράγματα. Στη δοκιμή θερμικής διαφυγής, το διάφραγμα μπορεί να καθυστερήσει τον χρόνο βραχυκυκλώματος του κελιού της μπαταρίας σε 15 λεπτά, αγοράζοντας χρόνο για την απόκριση ασφαλείας του συστήματος μπαταρίας. Ο σχεδιασμός του "nanopore" (με μέγεθος πόρων 0,1 μm) αυξάνει την αγωγιμότητα ιόντων κατά 10% και μειώνει την εσωτερική αντίσταση του κυττάρου της μπαταρίας.
Η «επιβραδυντική φλόγα της φλόγας» ξεπερνά τα σημεία πόνου ασφαλείας. Ο ηλεκτρολύτης "LIFSI+φωσφορικού" που αναπτύχθηκε από μια συγκεκριμένη επιχείρηση, με την προσθήκη 10% επιβραδυντικού φλόγας (τριαιθυλ φωσφορικό εστέρα), αυξάνει το σημείο ανάφλεξης του ηλεκτρολύτη από 180 βαθμούς σε 300 μοίρες χωρίς να επηρεάζει την αγωγιμότητα ιόντων (διατήρηση 10ms/cm). Στη δοκιμή διάτρησης της βελόνας, τα κύτταρα της μπαταρίας χρησιμοποιώντας αυτόν τον ηλεκτρολύτη μόνο καπνό και δεν εκραγούν και έχουν περάσει UL94 V - 0 πιστοποίηση. Ταυτόχρονα, ο ηλεκτρολύτης επιτρέπει στο κύτταρο της μπαταρίας να διατηρεί ένα ποσοστό συγκράτησης χωρητικότητας 70% σε -30 βαθμούς, επεκτείνοντας τα όρια των εφαρμογών χαμηλής θερμοκρασίας.
Η υλική καινοτομία των κυττάρων της μπαταρίας λιθίου μετατοπίζεται από τη "βελτιστοποίηση ενός υλικού" σε "πλήρη συνεργασία συστήματος". Στο μέλλον, με την ωριμότητα των στερεών - ηλεκτρολυτών κατάστασης (αγωγιμότητα ιόντων που υπερβαίνει τα 10 ⁻ s/cm) και τα σπάνια μεταλλικά ηλεκτρόδια, τα κύτταρα της μπαταρίας θα επιτύχουν τον τελικό στόχο της "ενεργειακής πυκνότητας 1000WH/L+κύκλου διάρκειας 100000 φορές+απόλυτη ασφάλεια", τοποθετώντας τη θεμελιώδη υλικά για την εκρηκτική ανάπτυξη της νέας ενέργειας της ενέργειας.