Energijos perėjimo kontekste ličio akumuliatoriaus ląstelių našumo tobulinimas tapo pagrindine pramonės plėtros varomoji jėga. Nesvarbu, ar reikia ilgesnio nuotolio ir trumpesnio įkrovimo laiko elektrinių transporto priemonių lauke, ar trokštate didesnio energijos tankio ir ilgesnio ciklo eksploatavimo energijos kaupimo srityje, optimizuojant akumuliatorių ląstelių našumą. Nuo materialinių naujovių iki konstrukcinio projektavimo optimizavimo, o po to iki gamybos procesų tobulinimo, daugialypiai proveržiai pertvarko ličio akumuliatorių elementų veikimo ribas.
Materialinė naujovė: atverkite duris į našumo gerinimą
Teigiamų elektrodų medžiagų naujovė suteikia didelį potencialą pagerinti akumuliatorių elementų našumą. Nors tradiciniai ličio kobalto oksido katodai turi aukštos įtampos platformą, kobalto išteklių yra nedaug, brangūs ir yra tam tikrų saugos pavojų. Pastaraisiais metais daugialypės terpės medžiagos, tokios kaip ličio nikelio kobalto mangano oksidas (NCM) ir ličio nikelio kobalto aliuminio oksidas (NCA), pamažu atsirado pamažu. Koreguojant nikelio, kobalto ir mangano (aliuminio) santykį, galima rasti geresnį pusiausvyrą tarp energijos tankio, ciklo tarnavimo ir saugumo. Pavyzdžiui, didelis nikelio NCM811 medžiaga (su nikelio kiekiu iki 80%) gali padidinti energijos tankį daugiau nei 20%, palyginti su tradiciniu NCM523, efektyviai padidindama elektrinių transporto priemonių diapazoną. Tuo tarpu ličio geležies fosfato (LFP) medžiagos užima svarbią energijos kaupimo lauko vietą ir kai kurias programas, kuriose yra ypač dideli saugos reikalavimai dėl jų ypač aukšto saugumo, ilgo ciklo tarnavimo ir santykinai mažų išlaidų. Tobulėjant technologijoms, ličio geležies fosfato medžiagų energijos tankis nuolat didėja. Naudodamiesi tokiais metodais kaip nanomaterializacija ir anglies danga, kai kurie produktai priartėjo prie kai kurių trišakių medžiagų lygio ar net peržengė.
Taip pat keičiasi neigiamos elektrodų medžiagos. Kaip tradicinė neigiama elektrodų medžiaga, grafitas turi aukštą teorinę specifinę galią (372mAh/g), tačiau jis palaipsniui artėja prie našumo kliūčių. Silicio pagrindu pagamintos medžiagos tapo tyrimų tašku dėl jų ypač aukšto teorinio specifinio pajėgumo (iki 4200mAh/g). Tačiau įkrovimo ir iškrovimo proceso metu silicio plečiamas (apie 300%), todėl elektrodų struktūros pažeidimas ir staigus ciklo tarnavimo laikas sumažėja. Norėdami išspręsti šią problemą, tyrėjai veiksmingai palengvino silicio tūrio poveikį ir pagerino jo dviračių stabilumą ruošdami silicio anglies kompozicines medžiagas, nanostruktūrizuotą silicį ir kitus metodus. Pavyzdžiui, kai kurios įmonės sukūrė neigiamas silicio pagrindu pagamintas elektrodų medžiagas, kurios gali pasiekti daugiau nei 1000 kartų ciklo tarnavimo laiką, užtikrinant tam tikrą energijos tankio padidėjimą, užtikrinant tvirtą palaikymą bendram akumuliatoriaus veikimo pagerėjimui.
Struktūrinio dizaino optimizavimas: tyrinėti našumo potencialą
Struktūrinis akumuliatorių elementų dizainas daro didelę įtaką jų našumui. Remiantis tradicinėmis cilindrinėmis ląstelėmis, atsirado kvadratinės ląstelės ir minkštos pakuotės ląstelės. Kvadratinės ląstelės turi didelę erdvės panaudojimą ir gali atitikti skirtingų taikymo scenarijų talpos ir dydžio reikalavimus, naudojant lanksčią modulio dizainą. Jo standus apvalkalas gali užtikrinti geresnę fizinę apsaugą ir yra plačiai naudojamas tokiose srityse kaip elektrinės transporto priemonės, kurioms reikalingas didelis saugumas. Dėl lengvų ir pritaikomų pranašumų, naudingos elektronikos, minkštųjų pakuočių akumuliatorių langeliai spindėjo. Minkštos pakuotės akumuliatoriaus elementai yra kapsuliuoti su aliuminio plastine plėvele, kuri yra lengvesnės svorio, palyginti su metaliniais apvalkalais, ir efektyviau naudoja vidinę erdvę, siekiant didesnio energijos tankio. Tuo tarpu aliuminio plastinė plėvelė turi gerą lankstumą, kuris gali išlaisvinti vidinį slėgį per plyšimą, jei akumuliatoriaus elementas termiškai bėga, sumažindama sprogimo riziką ir pagerinant saugumą.
Kalbant apie akumuliatorių ląstelių vidinės struktūros projektavimą, technologija „Thermoelektrinis atskyrimas“ tapo raktu gerinant saugą ir našumą. Ši technologija atskiria dabartinį akumuliatoriaus elemento laidumo kelią nuo šilumos laidumo kelio, išvengdama šilumos, kurią sukelia srovė akumuliatoriaus elemento viduje, ir sumažina šilumos bėgimo riziką. Pavyzdžiui, „Xinyue“ 625AH energijos kaupimo akumuliatorius, kurį išleido „Xinwangda Power“, priima „termoelektrinės atskyrimo“ technologiją kartu su unikaliu išmetimo kanalo konstrukcija, kad pasiektų 2000 V izoliaciją, kuri labai pagerina saugos našumą. Be to, optimizuojant vidinius struktūrinius veiksnius, tokius kaip diafragmos porų struktūra ir elektrolito porų struktūra, akumuliatoriaus elemento vidinį atsparumą galima efektyviai sumažinti, įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą galima pagerinti, o ciklo tarnavimo laikas gali būti pratęstas.
Gamybos proceso tobulinimas: užtikrinant veiklos realizavimo užtikrinimą
Pažangios gamybos procesai yra tiltas, kuris medžiagų ir konstrukcinio projektavimo pranašumus paverčia faktiniais ląstelių našumu. Dengimo procese naudojami aukšto tikslumo dengimo būdai, tokie kaip plyšių danga ir kablelių danga, kad būtų galima pasiekti vienodesnes ir plonesnes dangas, sumažinti elektrodų lakštų storio nuokrypius ir pagerinti akumuliatorių ląstelių konsistenciją ir energijos tankį. Pvz., Siauros plyšinės dangos technologija, kurią naudoja tam tikra įmonė, gali kontroliuoti dangos storio nuokrypį ± 2 μm, efektyviai pagerindama akumuliatorių elementų derlių ir našumo stabilumą.
Taip pat nuolat tobulinami apvijos ir laminavimo procesai. Greičio apvijos mašinų apvijos greitis ir toliau didėja, o optimizuodama apvijos įtempimo kontrolę, gali sumažėti streso koncentracija akumuliatoriaus ląstelėse ir pagerinti jų ciklo tarnavimo laiką. Laminavimo procesas vystosi didesnio tikslumo ir greičio link. Dvigubos stoties visiškai automatinės greitaeigių laminavimo mašinų pritaikymas žymiai pagerino laminavimo efektyvumą. Atliekant CCD vaizdinį patikrinimą ir automatinę korekcijos sistemą, užtikrinamas laminavimo tikslumas ir nuoseklumas, todėl akumuliatoriaus elementų vidinis pasipriešinimas ir tolygesnis talpa yra mažesnis. Be to, suvirinimo ir skysčio įpurškimo procesuose naudojamos pažangios technologijos, tokios kaip lazerio suvirinimas ir vakuuminė injekcija, siekiant pagerinti akumuliatorių elementų sandarinimą ir stabilumą, užtikrinant patikimą našumą. Koordinuodamas materialinių naujovių tobulinimą, konstrukcinio projektavimo optimizavimą ir gamybos proceso tobulinimą, ličio akumuliatorių elementų našumas ir toliau tobulės, įšvirkščiant stiprų impulsą į pasaulinį energijos perėjimą.