V souvislosti s přechodem energie se zlepšení výkonu lithiových baterií stalo klíčovou hnací silou pro rozvoj průmyslu. Ať už sledování delšího dosahu a kratší doba nabíjení v oblasti elektrických vozidel, nebo touží po vyšší hustotě energie a delší životnost cyklu v oblasti skladování energie, optimalizace výkonu bateriových článků je zásadní. Od inovací materiálu po optimalizaci strukturálního designu a poté až po zlepšení výrobních procesů, vícerozměrné průlomy přetvářejí hranice výkonu lithiových bateriových článků.
Inovace materiálu: Otevření dveří ke zlepšení výkonu
Inovace pozitivních elektrodových materiálů přináší velký potenciál pro zlepšení výkonu bateriových článků. Ačkoli tradiční katody oxidu lithia kobaltu mají vysoce napěťovou platformu, zdroje kobaltu jsou vzácné, drahé a existují určitá bezpečnostní rizika. V posledních letech se postupně objevily více vývojové materiály, jako je oxid lithium nikl kobalt manganový oxid (NCM) a lithium nikl kobalt (NCA). Úpravou poměru niklu, kobaltu a manganu (hliníku) lze nalézt lepší rovnováhu mezi hustotou energie, životností cyklu a bezpečností. Například materiál s vysokým niklem NCM811 (s obsahem niklu až 80%) může zvýšit hustotu energie o více než 20% ve srovnání s tradičním NCM523, což účinně zvyšuje rozsah elektrických vozidel. Mezitím materiály lithiakového fosfátu (LFP) zaujímají důležitou polohu v oblasti skladování energie a některé aplikace s extrémně vysokými bezpečnostními požadavky kvůli jejich ultra vysoké bezpečnosti, dlouhé životnosti cyklu a relativně nízké náklady. S vývojem technologie se energetická hustota materiálů lithiového železného fosfátu neustále zvyšuje. Prostřednictvím technik, jako je nanomaterializace a povlak na uhlík, se některé produkty přiblížily nebo dokonce překonaly úroveň některých ternárních materiálů.
Negativní elektrodové materiály také procházejí změnami. Jako tradiční negativní elektrodový materiál má grafit vysokou teoretickou specifickou kapacitu (372 mAh/g), ale postupně se blíží k úzkému proudu. Materiály na bázi křemíku se staly výzkumným hotspotem díky jejich ultra vysoké teoretické specifické kapacitě (až 4200 mAH/g). Silikon však během procesu nabíjení a vybíjení podléhá významné expanzi objemu (asi 300%), což vede k poškození struktury elektrody a prudkému poklesu životnosti cyklu. K vyřešení tohoto problému vědci účinně zmírnili objemový účinek křemíku a zlepšili jeho stabilitu cyklování přípravou kompozitních materiálů uhlíku křemíku, nanostrukturovaným křemíkem a dalšími metodami. Některé společnosti například vyvinuly negativní elektrodové materiály na bázi křemíku, které mohou dosáhnout životnosti cyklu více než 1000krát a zároveň zajistit určité zvýšení hustoty energie, což poskytuje silnou podporu pro celkové zlepšení výkonu baterie.
Optimalizace strukturálního návrhu: Zkoumání potenciálu výkonu
Strukturální návrh bateriových článků má hluboký dopad na jejich výkon. Na základě tradičních válcových buněk, čtvercových buněk a buněk měkkých balení se objevily. Čtvercové buňky mají vysoký využití prostoru a mohou splňovat požadavky na kapacitu a velikost různých aplikačních scénářů prostřednictvím flexibilního návrhu modulu. Jeho tuhá skořápka může poskytnout lepší fyzickou ochranu a je široce používána v polích, jako jsou elektrická vozidla, která vyžadují vysokou bezpečnost. Bateriové buňky Soft Pack zářily v oblasti spotřební elektroniky kvůli jejich lehkým a přizpůsobitelným výhodám. Bateriové buňky Soft Pack jsou zapouzdřeny hliníkovým plastickým filmem, který má lehčí hmotnost ve srovnání s kovovými skořápkami a umožňuje efektivnější využití vnitřního prostoru a dosahuje vyšší hustoty energie. Mezitím má hliníkový plastický film dobrou flexibilitu, která může uvolňovat vnitřní tlak rupturou v případě tepelného útěku baterie, čímž se snižuje riziko exploze a zlepšuje bezpečnost.
Pokud jde o návrh vnitřní struktury bateriových článků, technologie „termoelektrická separace“ se stala klíčem ke zlepšení bezpečnosti a výkonu. Tato technologie odděluje proudovou vodivou cestu baterie z cesty tepelného vedení, zabrání hromadění tepla generovaného proudem uvnitř baterie a snižuje riziko tepelného útěku. Například baterie „Xinyue“ 625AH pro skladování energie spuštěné společností Xinwangda Power přijímá technologii „termoelektrické separace“ v kombinaci s jedinečným designem výfukového kanálu, aby se dosáhlo izolace 2000V, což výrazně zlepšuje bezpečnostní výkon. Kromě toho optimalizací vnitřních strukturálních faktorů, jako je struktura pórů membrány a smáčivost elektrolytu, může být vnitřní odpor baterie efektivně snížena, lze účinnost nabíjení a vypouštění zlepšit a životnost cyklu lze prodloužit.
Zlepšení výrobního procesu: zajištění realizace výkonu
Pokročilé výrobní procesy jsou most, který transformuje výhody materiálu a strukturálního designu do skutečného výkonu buněk. V procesu povlaku se vysoce přesné povlakové techniky, jako je štěrbinový povlak a povlak čárky, používají k dosažení jednotných a tenčích povlaků, snížení odchylek tloušťky elektrodových listů a ke zlepšení konzistence a hustoty energie bateriových článků. Například technologie úzkého štěrbinového povlaku přijatá určitým podnikem může ovládat odchylku tloušťky povlaku v rámci ± 2 μm, což účinně zlepšuje výtěžek a stabilitu výkonu bateriových článků.
Procesy vinutí a laminování jsou také neustále upgradovány. Rychlost vinutí vysokorychlostních klikatých strojů se stále zvyšuje, zatímco optimalizace kontroly navíjecího navíjení může snížit koncentraci napětí uvnitř bateriových článků a zlepšit životnost cyklu. Proces laminování se vyvíjí směrem k vyšší přesnosti a rychlosti. Aplikace plně automatických vysokorychlostních laminovacích strojů plně automatických vysokorychlostních strojů výrazně zlepšila laminující účinnost. Prostřednictvím CCD vizuální inspekce a automatické korekční systém je zajištěna přesnost a konzistence laminování, což vede k nižší vnitřní odporu a rovnoměrnější kapacitu bateriových článků. Kromě toho se při svařovacích a kapalných injekčních procesech používají pokročilé technologie, jako je laserové svařování a injekce vakua ke zlepšení utěsnění a stability bateriových článků, což zajišťuje spolehlivý výkon. S koordinovaným pokrokem v oblasti inovací materiálu, optimalizace strukturálního designu a zlepšení výrobního procesu se výkon lithiových baterií bude i nadále zlepšovat a vstřikuje silný impuls do globálního přechodu energie.