Всебічний аналіз літієвих батарей: від основ до виробництва, структури, процесів, застосувань і галузевих тенденцій

Літієві батареї вже давно є «енергетичним ядром» у таких секторах, як споживча електроніка, транспортні засоби з новою енергією, системи накопичення енергії та навіть економіка на низькій{0}}висоті. Від невеликих пристроїв, таких як мобільні телефони та ноутбуки, до великого-обладнання, такого як електромобілі та електростанції накопичувачів енергії, їх продуктивність безпосередньо визначає витривалість, рівень безпеки та термін служби обладнання. Ця стаття всебічно розбирає цей критично важливий енергетичний компонент, охоплюючи його основний склад, порівняння переваг і недоліків, систему класифікації, професійну термінологію, правила найменування, а також увесь виробничий процес і галузеву практику, відкриваючи для вас технічні таємниці літієвих батарей.

I. Основний склад літієвих батарей: синергія між «серцем» і «мозком»

Стабільна робота літієвої батареї залежить від синергії двох основних систем: «енергопостачання» і «контроль безпеки». Зокрема, його можна розділити на дві частини: елемент батареї та захисну плату (або BMS), кожна з яких виконує незамінну функцію.

1. Елемент батареї: «Енергетичне серце» літієвих батарей

Елемент батареї є ядром для зберігання та вивільнення електричної енергії, еквівалентним «серцю» літієвої батареї. Його продуктивність безпосередньо визначає щільність енергії, життєвий цикл і безпеку батареї. Елемент батареї в основному складається з 5 ключових компонентів:

Матеріал катода: «Джерело» виходу енергії, яке виділяє іони літію під час розряду. Звичайні матеріали включають оксид літію-кобальту (LiCoO₂, який використовується в споживчій електроніці, такій як мобільні телефони та ноутбуки, має платформу високої напруги, але слабку безпеку), фосфат літію-заліза (LiFePO₄, який використовується в накопичувачах енергії та електромобілях, має високу безпеку та довгий термін служби), потрійний літій (LiNiₓCoᵧMn_zO₂, який використовується в електро{-класі) транспортні засоби, що мають високу щільність енергії) і марганат літію (LiMn₂O₄, який використовується в електроінструментах, має низьку вартість, але погану -температурну стабільність).

Матеріал анода: «Склад» для зберігання енергії, який адсорбує іони літію під час заряджання та повертає їх назад на катод під час розряду. В даний час графіт є основним (з низькою вартістю та хорошою стабільністю, на нього припадає понад 90% ринку анодних матеріалів). Нове покоління анодів на основі-кремнію (з теоретичною потужністю більш ніж у 10 разів більшою, ніж графіт) поступово комерціалізується, тоді як аноди з металевого літію все ще знаходяться на стадії досліджень і розробок через проблеми з дендритами.

Електроліт: «Канал» для міграції іонів літію, зазвичай складається з солі літію (наприклад, LiPF₆, що забезпечує іони літію), органічних розчинників (наприклад, карбонатів, що розчиняють солі літію) і добавок (покращують термін служби та безпеку). Його чистота та стабільність безпосередньо впливають на продуктивність батареї при високих і низьких-температурах і рівень безпеки. Наприклад, надмірна вологість реагує з солями літію з утворенням шкідливих газів, що може загрожувати безпеці.

Роздільник: «Бар'єр безпеки» між катодом і анодом, пориста полімерна плівка (здебільшого поліетилен PE і поліпропілен PP). Він може не тільки запобігти прямому контакту та короткому замиканню між катодом і анодом, але й пропускати іони літію. Високоякісні-сепаратори повинні мати однаковий розмір пор, достатню механічну міцність і хімічну стабільність. При високих температурах вони також можуть блокувати передачу іонів за допомогою «ефекту відключення», щоб уникнути теплового розбігу.

оболонка: «Захисна кришка» елемента батареї, розділена на алюмінієву оболонку (призматичні батареї, такі як батареї мобільних телефонів), сталеву оболонку (циліндричні батареї, такі як 18650) і алюмінієву -пластикову композитну плівку (мішечні батареї, такі як тонкі мобільні телефони та переносні пристрої) відповідно до форми. Оболонка має бути -вибухонепроникною, стійкою до високих-температур і корозії-і водночас бути максимально легкою, щоб покращити щільність енергії батареї.

2. Плата захисту: «Мозок безпеки» літієвих батарей

Якщо елемент батареї є «серцем енергії», захисна плата є «мозком безпеки», відповідальним за моніторинг стану заряджання та розряджання батареї, щоб уникнути таких ризиків, як перезаряд,-розряд і коротке замикання. Захисну плату акумуляторних батарей зазвичай називають системою керування батареями (BMS) із більш складною структурою, тоді як захисна плата споживчих батарей (таких як батареї мобільних телефонів) є відносно спрощеною. Основні компоненти включають:

Мікросхема захисту/чіп керування: основний блок керування, який у реальному-часі відстежує напругу, струм і температуру акумулятора. У разі виявлення аномалій (наприклад, перезарядження напругою понад 4,2 В, пере-розрядження напругою нижче 3,0 В) спрацьовує механізм захисту.

MOSFET: «Перемикач» струму, який відключає або проводить ланцюг заряджання та розряджання згідно з інструкціями мікросхеми. Наприклад, під час перезарядки MOSFET від’єднує шлях заряджання, щоб уникнути пошкодження елементів акумулятора.

Резистори і конденсатори: Допоміжні компоненти, що використовуються для відбору проб струму та фільтрації напруги для забезпечення точності даних виявлення.

Плата PCB: «Носій» компонентів, інтегруючи мікросхеми, MOSFET та інші частини для формування стабільної схемної системи.

PTC/NTC: Компоненти захисту від температури. PTC (термістор з позитивним температурним коефіцієнтом) має різке збільшення опору при високих температурах для обмеження струму; NTC (термістор з негативним температурним коефіцієнтом) визначає температуру в реальному часі та надає дані про температуру для мікросхеми.

II. Переваги та недоліки літієвих батарей: чому вони можуть стати основним джерелом енергії?

Літієві батареї можуть замінити свинцево-кислотні, нікель-кадмієві та нікель-металгідридні батареї, щоб стати першим вибором у споживчій електроніці та нових галузях енергетики завдяки своїм видатним перевагам продуктивності, але вони також мають незаперечні недоліки. Ми можемо більш інтуїтивно зрозуміти позиціонування літієвих батарей через горизонтальне порівняння чотирьох основних типів батарей:

1. Основні переваги: ​​чому літієві батареї незамінні?

Висока щільність енергії: Гравіметрична щільність енергії в 4-8 разів більша, ніж у свинцево--кислотних батарей, а об’ємна щільність енергії в 4-5 разів більша, ніж у свинцево-кислотних батарей. Це означає, що літієві батареї можуть накопичувати більше електроенергії за тієї ж ваги/об’єму. Наприклад, літієва батарея мобільного телефону ємністю 1900 мАг важить лише близько 20 г, тоді як свинцево-кислотна батарея такої ж ємності важить більше 1 кг, що абсолютно не підходить для портативних пристроїв.

Довгий цикл життя: високоякісні-літієві батареї можуть досягати понад 1500 циклів, а літій-залізо-фосфатні батареї можуть навіть перевищувати 6000 циклів, тоді як свинцево-кислотні батареї мають лише 200-300 циклів. Як приклад електромобілів, моделі, оснащені літієвими батареями, мають термін служби батареї 5-8 років, що значно перевищує 1-2 роки роботи свинцево-кислотних батарей.

Екологічно чистий і{0}}не забруднює: Не містить токсичних важких металів, таких як свинець, ртуть і кадмій, він є екологічно чистим протягом усього життєвого циклу виробництва, використання та утилізації відповідно до глобальної тенденції "подвійного вуглецю". Навпаки, забруднення свинцем від свинцево-кислотних акумуляторів і забруднення кадмієм від нікель-кадмієвих акумуляторів обмежено в багатьох країнах.

Низька швидкість само{0}}розряду: місячний рівень саморозряду становить лише 2%-9%, що набагато менше, ніж 20%-30% нікель-метал-гідридних акумуляторів. Повністю заряджена літієва батарея мобільного телефону все ще може зберігати понад 80% своєї енергії після бездіяльності протягом одного місяця, тоді як нікель-метал-гідридна батарея може мати лише 50% заряду.

Платформа високої напруги: Номінальна напруга одного елемента становить 3,2-3,7 В, що еквівалентно послідовній напрузі 3 нікель-кадмієвих/нікель-метал-гідридних батарей. Він може задовольнити вимоги до обладнання без кількох послідовних з’єднань, що спрощує конструкцію акумуляторної батареї.

2. Основні недоліки: які проблеми ще потрібно вирішити?

Висока вартість: Вартість батареї становить близько 2,0-3,5 юанів за Вт·год, що в 2-5 разів більше, ніж у свинцево-кислотних батарей. Незважаючи на те, що він поступово зменшується з великомасштабним виробництвом, він все ще є основною статтею витрат на нові енергетичні транспортні засоби та системи зберігання енергії.

Погана температурна адаптація: Оптимальна робоча температура 0-45 градусів. Коли температура нижче 0 градусів, ємність значно зменшується (наприклад, при -20 градусах ємність може залишитися лише на 50%); коли температура вище 60 градусів, існують ризики для безпеки. Необхідно налаштувати додаткові системи опалення/охолодження, що збільшує витрати та складність.

Небезпека: Рідкі електроліти легкозаймисті. Якщо система захисту виходить з ладу (наприклад, перезарядження, прокол, екструзія), це може призвести до перегріву, що призведе до пожежі та вибуху. Тому літієві батареї мають бути обладнані BMS або захисними платами, і їх не можна використовувати «голими», як свинцево-кислотні батареї.

Високі вимоги до зарядних пристроїв: Зарядні пристрої постійного струму та постійної напруги потрібні, щоб забезпечити стабільний процес заряджання та уникнути перезаряду, тоді як для свинцево-кислотних акумуляторів потрібен лише простий регулятор напруги, а вартість зарядного пристрою нижча.

III. Система класифікації літієвих батарей: як вибрати для різних сценаріїв?

Існує багато типів літієвих батарей, які можна розділити на кілька категорій відповідно до різних розмірів. Акумулятори різних категорій мають значні відмінності в продуктивності і підходять для різних сценаріїв. Оволодіння логікою класифікації може допомогти вам краще зрозуміти, «чому кобальтові літієві батареї використовуються в мобільних телефонах, а літій-залізо-фосфатні/трійні літієві батареї використовуються в електромобілях».

1. За характеристиками заряджання та розряджання: первинні батареї проти вторинних батарей

Основні (-акумуляторні) батареї: також відомі як літієві первинні батареї, наприклад літієві батареї на основі діоксиду марганцю (кнопкові батареї CR2032, які використовуються в пультах дистанційного керування та годинниках) і літієві-тіонілхлоридні батареї (використовуються в пристроях Інтернету речей і медичних імплантованих інструментах). Вони відрізняються високою ємністю і тривалим терміном зберігання (до 10 років), але не підлягають перезарядці і після використання викидаються.

Вторинні (акумуляторні) батареї: також відомі як акумуляторні батареї, вони є найпоширенішим типом акумуляторів у повсякденному житті, наприклад акумулятори мобільних телефонів і акумулятори електромобілів. Їх можна багаторазово заряджати і розряджати 500-1500 разів. Ядром є оборотна реакція «міграції іонів літію між катодом і анодом», яка також є предметом цієї статті.

2. За матеріалом катода: визначення основної продуктивності батарей

Це основний метод класифікації, а матеріал катода безпосередньо визначає щільність енергії, безпеку та вартість батареї:

Оксид літію і кобальту (LiCoO₂): Висока щільність енергії (200-250 Вт-год/кг), платформа високої напруги (3,7 В), але низька безпека та короткий термін служби (500-800 циклів), в основному використовується в побутовій електроніці, такій як мобільні телефони та ноутбуки.

Літій-залізофосфат (LiFePO₄): Надзвичайно висока безпека (температура розгону перевищує 200 градусів), довгий термін служби (1500-6000 циклів), низька вартість, але низька щільність енергії (120-180 Вт·год/кг), в основному використовується в системах зберігання енергії, електричних автобусах і електромобілях низького класу.

Потрійний літій (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Висока щільність енергії (200-300 Вт-год/кг), хороша низь-температурна продуктивність, але середня безпека та висока вартість. Він поділяється на NCM523, NCM622 і NCM811 відповідно до вмісту нікелю (чим вищий вміст нікелю, тим вища щільність енергії), в основному використовується в висококласних електромобілях і безпілотниках.

Манганат літію (LiMn₂O₄): низька вартість, хороша -температурна стабільність, але низька щільність енергії (100-150 Вт-год/кг) і короткий термін служби (300-500 циклів), в основному використовується в електроінструментах і низькошвидкісних електромобілях.

3. За формою: адаптація до різних просторів обладнання

Циліндричні батареї: такі як 18650 (18 мм у діаметрі, 65 мм у висоту) і 21700 (21 мм у діаметрі, 70 мм у висоту), зі стабільною структурою та високою ефективністю масового виробництва, в основному використовуються в ноутбуках та електромобілях (наприклад, ранні моделі Tesla використовували 18650, а пізніше перейшли на 21700).

Призматичні батареї: такі як батареї для мобільних телефонів (3-5 мм завтовшки, 40-60 мм завширшки) та батареї для електромобілів (10-20 мм завтовшки, 100-200 мм завширшки), з високим коефіцієнтом використання простору та можуть бути налаштовані відповідно до розміру обладнання, яке є основною формою електромобілів на даний момент.

Пакетні батареї: інкапсульовані в алюмінієву-пластикову композитну плівку, їх можна зробити над-тонкими (0,5-2 мм завтовшки) і гнучкими, які в основному використовуються в тонких мобільних телефонах, переносних пристроях (таких як розумні годинники) і складаних мобільних телефонах.

4. За станом електроліту: рідина проти полімеру

Літій-іонні батареї (LIB): Використання рідких електролітів з високою щільністю енергії та низькою вартістю, але існує ризик витоку. Більшість циліндричних і призматичних твердо-корпусних акумуляторів належать до цієї категорії.

Полімерні літієві батареї (PLB): Використання гелю або твердих електролітів, без ризику витоку та може бути гнучко деформованим. Більшість пакетних батарей належать до цієї категорії, в основному використовуються в побутовій електроніці.

5. За застосуванням: звичайні батареї проти силових батарей

Звичайні батареї: Використовується в споживчій електроніці, такій як мобільні телефони та ноутбуки, з малою ємністю (1000mAh-10Ah) і низькою швидкістю розряду (0,5-2C), що вимагає високої щільності енергії.

Живлення Акумулятори: Використовується в електричних транспортних засобах і безпілотниках, з великою ємністю (50Ah-500Ah) і високою швидкістю розряду (5-30C), які повинні витримувати великий струм розряду (наприклад, коли автомобіль прискорюється), вимагаючи більшої безпеки та тривалості циклу.

IV. Основна термінологія літієвих батарей: розрізнення понять від ємності до SOC

Купуючи або використовуючи літієві батареї, ви часто зустрічатимете такі терміни, як «ємність», «C-рейтинг» і «SOC». Розуміння цих концепцій може допомогти вам точно оцінити продуктивність батареї та уникнути введення в оману «помилково позначених параметрів».

1. Ємність: скільки електроенергії може зберігати батарея?

Визначення: кількість електрики, яку може вивільнити батарея за певних умов розряду, обчислюється за формулою Q=I×t (I – струм, t – час), в одиницях Аг (ампер-година) або мАг (міліампер-година).

Просте пояснення: 1 А·год означає, що акумулятор може розряджатися струмом 1 А протягом 1 години, а 1 мА·год означає, що він може розряджатися струмом 1 мА протягом 1 години. Наприклад, акумулятор мобільного телефону ємністю 1900 мАг означає, що він може розряджатися струмом 190 мА протягом 10 годин.

Поширені сценарії: Акумулятори мобільних телефонів: 800-1900mAh; електровелосипеди: 10-20Ah; електромобілі: 20-200Ah; акумуляторні батареї: 100-1000Ah.

2. Швидкість заряджання/розряджання (C-rate): Як швидко відбувається заряджання/розряджання?

Визначення: струм заряду/розряду, виражений як кратне номінальній ємності акумулятора. 1C, є струмом для «повного заряджання/розряджання за 1 годину».

Метод розрахунку: Якщо ємність акумулятора становить 1500 мАг, 1C=1500mA, 2C=3000mA (повний розряд за 0,5 години), 0,1C=150mA (повний розряд за 10 годин).

Примітки: чим вищий рівень розряду, тим нижча фактична ємність батареї (наприклад, ємність при розряді 2C може складати лише 80% від ємності при розряді 1C), і тим серйознішим буде виділення тепла. Тому батареї повинні мати -високу швидкість розряду (наприклад, для електромобілів потрібна температура вище 5C).

3. Напруга (OCV): «Платформа напруги» батарей

Номінальна напруга: Номінальна напруга батареї. Звичайні літієві батареї мають напругу 3,2-3,7 В (літій-кобальт-оксид: 3,7 В; літій-залізо-фосфат: 3,2 В), що є важливим показником продуктивності акумулятора.

Напруга відкритого ланцюга (OCV): Напруга батареї, коли навантаження не підключено, за якою можна судити про стан батареї (наприклад, OCV повністю зарядженої літій-кобальт-оксидної батареї становить близько 4,2 В і близько 3,0 В, коли вона розряджена).

Платформа напруги: Стабільний діапазон напруги під час заряджання та розряджання акумулятора (зазвичай 20%-80% ємності), де напруга змінюється незначно. Наприклад, платформа напруги літій-кобальт-оксидних батарей становить 3,6-3,9 В, що також є нормальним робочим діапазоном напруги обладнання.

4. Енергія та потужність: як довго це можна використовувати? Яку потужність він може видавати?

Енергія: Загальна електрична енергія, яку може зберігати батарея, обчислюється за формулою E=U×Q (U — напруга, Q — ємність) з одиницями Вт·год (ват-год) або кВт·год (кіловат-год, 1 кВт·год=1 ступінь електрики). Наприклад, акумулятор мобільного телефону ємністю 1900 мА·год і напругою 3,7 В має енергію 3,7 В×1,9 А·год=7.03Вт·год.

потужність: Енергія, яку акумулятор може видавати за одиницю часу, обчислюється за формулою P=U×I, з одиницями Вт (ват). Потужність визначає «вибухову потужність» обладнання. Наприклад, електромобілям під час прискорення потрібні акумулятори-високої потужності, тоді як для мобільних телефонів потрібні лише акумулятори-малої потужності.

5. Цикл життя: скільки разів акумулятор можна заряджати та розряджати?

Визначення: Одне заряджання та розряджання акумулятора — це один цикл. Коли ємність зменшується до 60%-70% початкової ємності, це вважається кінцем терміну експлуатації.

Стандартний тест: Стандарт IEC передбачає, що літієві батареї мобільних телефонів, розряджені до 3,0 В при 0,2 С і заряджені до 4,2 В при 1 С, повинні мати ємність більше або дорівнювати 60 % після 500 циклів; національний стандарт передбачає, що ємність повинна бути більше або дорівнювати 70% після 300 циклів.

Рекомендації щодо використання: уникайте глибокого заряджання та розряджання (наприклад, не заряджайте до 100% або не розряджайте до 0% кожного разу), що може подовжити термін служби. Наприклад, підтримуючи заряд батареї мобільного телефону на рівні 20-80% заряду, можна збільшити термін служби до 1000 циклів.

6. Глибина розряду (DOD) і стан заряду (SOC): скільки заряду залишилося в батареї?

DOD: відсоток розрядженої ємності до номінальної ємності. Наприклад, якщо розряджена ємність становить 500 мАг, а номінальна — 1000 мАг, DOD=50%. Чим глибше DOD, тим коротший термін служби батареї.

SOC: відсоток залишкової ємності до номінальної ємності. 0% означає відсутність живлення, а 100% означає повний заряд. BMS оцінює залишок заряду батареї через SOC, а відображення заряду мобільного телефону розраховується на основі SOC.

7. Напруга-відключення: «Червона лінія» заряджання/розряджання

Напруга відключення-заряду: Напруга, при якій акумулятор не можна заряджати далі. Для літій-кобальт-оксидних акумуляторів це 4,2 В; для літій-залізо-фосфатних акумуляторів це 3,65 В. Перевищення цієї напруги призведе до пошкодження елементів батареї та перегріву.

Напруга відключення-розряду: Напруга, при якій акумулятор не може розряджатися далі. Для літій-кобальт-оксидних батарей це 3,0 В; для літій-залізо-фосфатних акумуляторів це 2,5 В. Напруга нижче цієї напруги призведе до незворотного пошкодження анода, і ємність не може бути відновлена.

8. Внутрішній опір: «Невидима втрата» батарей

Визначення: опір всередині батареї, який перешкоджає протіканню струму, з одиницями мом (міліом), розділений на омічний внутрішній опір (спричинений матеріалами та структурою) і внутрішній опір поляризації (спричинений електрохімічними реакціями).

Вплив: чим менший внутрішній опір, тим вище ефективність заряджання та розряджання батареї та менше виділення тепла. Наприклад, внутрішній опір акумуляторів живлення потрібно контролювати нижче 50 мОм, інакше під час сильного -струмового розряду виникне сильне тепловиділення.

V. Правила найменування літієвих батарей: розуміння розмірів на основі моделей

Назви літієвих батарей різняться залежно від виробника, але звичайні батареї відповідають стандарту IEC61960. Тип і розмір акумулятора можна визначити за моделлю, щоб уникнути покупки неправильної моделі.

1. Циліндричні батареї: 3 букви + 5 цифри

Значення букви: перша літера вказує на матеріал анода (I=побудовано-в іоні літію, L=металевий літій); друга літера вказує на матеріал катода (C=кобальт, N=нікель, M=марганець, V=ванадій); третя буква=R (циліндрична).

Число Значення: перші 2 цифри=діаметр (мм), останні 3 цифри=висота (мм).

Приклади: ICR18650 - I (літій-іонний анод), C (літій-кобальт-оксидний катод), R (циліндричний), 18 мм у діаметрі, 65 мм у висоту, найпоширеніший акумулятор для ноутбуків і електромобілів; INR21700 - I (літієво-іонний анод), N (катод на основі нікелю-, потрійний літій), R (циліндричний), 21 мм у діаметрі, 70 мм у висоту, на 50% більша ємність, ніж 18650, використовується в Tesla Model 3.

2. Призматичні батареї: 3 букви + 6 цифри

Значення букви: Перші дві літери такі ж, як у циліндричних батарей, третя літера=P (призматичні).

Число Значення: перші 2 цифри=товщина (мм), середні 2 цифри=ширина (мм), останні 2 цифри=висота (мм).

Приклади: ICP053353 - I (літій-іонний анод), C (літій-кобальт-оксидний катод), P (призматичний), товщина 5 мм, ширина 33 мм, висота 53 мм, типова батарея мобільного телефону; IFP101520 - I (літій-іонний анод), F (катод на основі заліза-, літій-залізофосфат), P (призматичний), товщина 10 мм, ширина 15 мм, висота 20 мм, використовується в розумних годинниках.

VI. Весь процес виробництва літієвих батарей: прагнення до досконалості на кожному кроці від матеріалів до елементів

Виробництво літієвої батареї є складним і високоавтоматизованим процесом, що включає три основні ланки: початковий-процес, середній-і вихідний-процеси. Точне керування кожною ланкою безпосередньо впливає на продуктивність і безпеку акумулятора, відоме як «поєднання тонкої хімічної промисловості та точного виробництва».

1. Початковий-процес: виготовлення листів електродів (ключ до визначення ємності батареї)

Змішування шламу: Змішайте катодні активні матеріали (наприклад, LiCoO₂), провідні речовини (технічний вуглець), зв’язуючі (PVDF) і розчинники (NMP) у вакуумному змішувачі для утворення однорідної суспензії; те ж саме стосується анода, з графітом як активним матеріалом, CMC/SBR як сполучною речовиною та водою як розчинником. Основна вимога: суспензія повинна бути однорідною без частинок, інакше це призведе до нерівномірної ємності.

Покриття: Рівномірно нанесіть суспензію катода/анода на струмоприймач (алюмінієва фольга для катода, мідна фольга для анода), контролюючи товщину покриття (±1 мкм) і поверхневу щільність (вага активного матеріалу на одиницю площі). Основна вимога: покриття має бути однорідним, інакше це призведе до локального нагрівання та зниження ємності батареї.

сушіння: Випаріть розчинник (NMP або воду) у духовці, при температурі 80-120 градусів. Швидкість і сила вітру повинні бути точними, щоб уникнути розтріскування та скручування покриття.

Каландрування: Холодне-пресування листів висушених електродів за допомогою точного каландра для збільшення щільності покриття (зменшення пористості), покращення щільності енергії та забезпечення рівномірної товщини (±0,5 мкм).

Розрізання: Розріжте широкі листи електродів уздовж на вузькі смужки необхідної ширини, уникаючи задирок (задирки призведуть до короткого замикання).

Вкладка Зварювання: Приваріть металеві виступи (алюмінієві виступи для катода, нікелеві виступи для анода) у визначених місцях на листах електродів як точки виведення струму. Якість зварювання повинна забезпечувати відсутність з'єднань холодним пайком або помилкового зварювання.

2. Середній-кінцевий процес: збірка елемента (ключ до визначення безпеки батареї)

Намотування/укладання: складіть катод, сепаратор і анод у порядку "сепаратор - анод - сепаратор - катод" і змотайте їх у циліндричні/призматичні комірки за допомогою верстату для намотування (намотаного типу) або складіть їх у стопку до призматичних комірок за допомогою машини для укладання (тип стосу). Багатошаровий тип має вищий коефіцієнт використання простору та менший внутрішній опір, але низьку ефективність; намотаний тип має високу ефективність і підходить для масового виробництва.

Корпус/Інкапсуляція: помістіть циліндричні/призматичні комірки з твердою -оболонкою в металеві оболонки (сталеві/алюмінієві оболонки); помістіть клітинки мішечка в оболонки з алюмінієвої-пластикової композитної плівки.

Випічка: Помістіть капсульовані клітини у вакуумну піч і випікайте при 80-120 градусах протягом 4-8 годин, щоб повністю видалити вологу з клітин (вміст вологи слід контролювати нижче 50 частин на мільйон), інакше вона вступить у реакцію з електролітом, утворюючи шкідливі гази.

Ін'єкція електроліту: Введіть точно відміряну кількість електроліту в елементи в сухому приміщенні з точкою роси нижче -40 градусів. Електроліт повинен повністю проникнути в електродні пластини та сепаратори. Похибка кількості впорскування повинна контролюватися в межах ±0,1 г, інакше це вплине на ємність акумулятора.

Пломбування: Вакуумне нагрівання-герметизує порт для введення електроліту пакетних елементів; закрийте отвір для введення електроліту в комірки з твердою -оболонкою сталевими кульками (циліндричними) або герметизуючими цвяхами (призматичними) і забезпечте герметичність за допомогою лазерного зварювання (витік повітря призведе до випаровування електроліту та зниження ємності).

3. Завершальний-процес: формування та тестування (перевірка кваліфікованих продуктів)

формування: Зарядіть елементи вперше, щоб утворити на поверхні анода стабільну плівку твердого електролітного інтерфейсу (SEI), яка пропускає іони літію, але блокує електрони, що є ключем до тривалості циклу батареї та безпеки. Струм зарядки малий (0,1-0,2С) і тривалий час (8-12 годин).

Старіння: Дайте сформованим елементам стояти при кімнатній або високій температурі (45 градусів) протягом 3-7 днів, щоб стабілізувати плівку SEI, і відсіяти дефектні елементи з надмірним саморозрядом (наприклад, елементи з падінням напруги понад 50 мВ).

Оцінка ємності: Виконайте стандартні тести на заряд-розряд старих елементів (заряд до верхньої межі напруги, розряд до нижньої межі напруги), виміряйте фактичну ємність і оцініть відповідно до ємності (наприклад, клас A: 4950–5050 мА·год, клас B: 4850–4950 мА·год), щоб забезпечити постійну ємність елементів у тій самій групі.

Сортування: Класифікуйте елементи відповідно до таких параметрів, як ємність, напруга холостого ходу та внутрішній опір, і виключайте дефектні продукти (наприклад, елементи з надмірним внутрішнім опором і недостатньою ємністю).

Тестування зовнішнього вигляду та продуктивності: Перевірте зовнішній вигляд елементів (без подряпин, витоку чи деформації), перевірте опір ізоляції, внутрішній опір змінного струму та коротке замикання, щоб переконатися, що показники безпеки відповідають стандартам.

VII. Галузеві тенденції та корпоративна практика: де майбутнє літієвих батарей?

Зі швидким розвитком нової енергетичної індустрії технологія літієвих акумуляторів продовжує розвиватися, і з’явилася низка підприємств, що зосереджуються на сегментованих галузях, сприяючи поширенню літієвих батарей зі сфери «споживчої електроніки» на «промисловість та енергетику».

1. Технологічні тенденції: від рідкого до твердого, від високої місткості до високої безпеки

Твердотільні-батареї: Замініть рідкі електроліти та сепаратори на тверді електроліти, значно підвищивши безпеку (відсутність ризику витоку або термічного витоку), з щільністю енергії до 400-600 Вт-год/кг (вдвічі більше, ніж у існуючих літієвих батарей), що може підтримувати електромобілі з запасом ходу понад 1000 км. Наразі напів{9}}твердотільні батареї (із вмістом електроліту 5%-10%) вийшли на стадію масового виробництва (наприклад, версія напів-твердотілої батареї NIO ET7), і очікується, що всі-твердотільні батареї будуть масово вироблятися приблизно до 2030 року.

Технологія швидкої зарядки: Досягніть «80% заряду за 10 хвилин» завдяки оптимізації матеріалів (таких як кремнієві-аноди, швидко-заряджаючі електроліти) і конструкцію. Наприклад, зарядний акумулятор S4 super-, обладнаний Xpeng G9, може зарядити 400 км за 10 хвилин.

Зниження витрат: завдяки широкомасштабному-виробництву (потужність виробництва літієвої батареї у всьому світі перевищила 2 ТВт-год), інноваціям у матеріалах (наприклад, заміна потрійного літію фосфатом літію, марганцю та заліза) та оптимізації процесів (наприклад, технологія CTP/CTC, зменшення компонентів модулів) вартість батареї впала з 5 юанів/Вт-год у 2015 році до нижче 1,5 юанів/Вт-год у 2025 р., і очікується подальше зниження до 1 CNY/Вт-год у майбутньому.

2. Корпоративна практика: Zhongchuang Feiyue - зосереджується на «революції заміни акумуляторів» дво-колісних електромобілів

У сфері дво{0}}колісних електромобілів застосування літієвих акумуляторів переходить від «заряджання» до «заміни акумулятора». Zhongchuang Feiyue (входить до Zhongchuang New Energy Technology Group) є репрезентативним підприємством цієї тенденції. Його основні практики включають:

Рішення-на основі сценаріїв: Забезпечте-високу безпеку та-літієві батареї для таких сценаріїв, як спільні електричні велосипеди, миттєва доставка (винос, експрес-доставка) та особисті подорожі. Наприклад, акумуляторна батарея транспортних засобів має термін служби більше 2000 разів, що відповідає потребам щоденного запасу ходу в 100 км.

Інноваційна модель заміни батареї: висунути концепцію «замінити акумулятор замість заряджання безпечніше» та розгорнути станції заміни акумуляторів у понад 100 містах по всій країні. Користувачі можуть завершити заміну акумулятора лише за 30 секунд, вирішуючи проблеми «повільного заряджання та небезпеки під час заряджання» дво-колісних транспортних засобів, які обслуговують понад 400 мільйонів дво-користувачів подорожей.

Виробничий потенціал і глобалізація: з річною виробничою потужністю понад 5 ГВт-год продукція експортується до понад 10 країн, адаптуючись до стандартів напруги та кліматичних умов різних країн (наприклад, батареї для високо-температурної версії для Південно-Східної Азії, які можуть стабільно працювати при температурі 60 градусів).

Висновок: літієві батареї - Основний двигун енергетичної революції

Від мобільних телефонів до електромобілів, від зберігання енергії до низько{0}}висотної економіки, літієві батареї стали основним двигуном енергетичної революції. Їх технологічна еволюція пов’язана не лише з покращенням продуктивності обладнання, а й із реалізацією мети «подвійного вуглецю» та трансформацією енергетичної структури. У майбутньому, завдяки прориву твердотільних-батарей і технології швидкого заряджання, а також постійному зниженню витрат, літієві батареї відіграватимуть роль у більшій кількості галузей (таких як аерокосмічна та глибоководна-дослідження), забезпечуючи міцну підтримку для майбутнього зеленої енергії людини.

Для звичайних користувачів розуміння основних принципів і параметрів продуктивності літієвих батарей може допомогти нам використовувати батареї більш науково (наприклад, уникати надмірного заряджання та-розряджання); для практиків промисловості розуміння технічних тенденцій і потреб сценаріїв є ключем до пошуку можливостей у «сотні-мільярдів-рівневої траси» літієвих батарей. Незалежно від того, чи є ви споживачем чи практиком, історія літієвих батарей продовжується.