Li-ion akku uusi tekniikka

Li-ion-akku uusi tekniikka: keskity suuriin sylintereihin, pitkiin ytimiin ja muihin innovaatiomahdollisuuksiin

1. Akun kehitys: huippunopea lataus, turvallisuus ja muu suorituskyky on pääsuunta; keskittyä suuriin sylintereihin, pitkiin kennoihin ja muihin rakenteellisiin innovaatioihin

1.1 Akun suorituskyvyn trendit: akkutehtaan asettelu korkealla energiasuhteella, erittäin nopea lataus ja turvallisuus sekä muut tekniset ohjeet

Ningde Time, BYD ja muut ydinakkutehtaat suuntautuvat korkean energiasuhteen, supernopean latauksen ja akkuturvallisuustekniikoiden suuntaan, ja toteutuspolku sisältää rakenteellisia innovaatioita, materiaaliinnovaatioita jne.

    Ningde Times, johtava akkutehdas, on laatinut kuusi suuntaa, kuten korkea energiasuhde, supernopea lataus ja todellinen turvallisuus, ja teknologioita ovat muun muassa rakenteelliset innovaatiot, materiaaliinnovaatiot ja hallintainnovaatiot. Ningde Timesin virallisen verkkosivuston mukaan voimme nähdä, että Ningde Times on laatinut kuusi suuntaa rakenteellisiin innovaatioihin, materiaaliinnovaatioihin ja hallintainnovaatioihin, jotka ovat korkea ominaisenergia, pitkä käyttöikä, erittäin nopea lataus, todellinen turvallisuus, itse lämpötilan hallinta ja älykäs hallinta. Otetaan esimerkkinä supernopea lataus, Ningde Timen supernopea lataus viittaa nopeimpaan 5 minuutista 80 % lataukseen.① monigradienttinapakappale: säätämällä napakappaleen huokoisen rakenteen gradienttijakaumaa, korkeahuokoisen rakenteen ylempää kerrosta, korkeapaineisen kiinteän rakenteen alempaa kerrosta, ottaen täydellisesti huomioon korkean energiatiheyden kaksoisytimen ja erittäin nopea lataus;② multi-ear: moniulotteisen tilan kehittäminen (2) Monikerroksinen: moniulotteisen space lug -teknologian kehittäminen, joka parantaa huomattavasti napakappaleen virran kantavuutta ja murtaa akun korkean lämpötilan nousun teknisen pullonkaulan kenno 500A suoran latauksen aikana.

1.2 Uuden tyyppinen akku/rakenneinnovaatio: suuret sylinterimäiset, pitkät kennot jne. ovat tärkeitä akkutehtaiden asetteluohjeita

Kävimme läpi akkumuodon, massatuotannon edistymisen, suorituskykyindeksin ja edulliset ominaisuudet suurissa akkutehtaissa, jotka suunnittelevat aktiivisesti uusia akkumuotoja, kuten suuria sylintereitä ja pitkiä kennoja. Otetaan esimerkkinä Honeycomb Energy, sen laminoidun pitkän ohuen solun L600 toisen sukupolven kehitystyö on saatu päätökseen ja sen odotetaan saavuttavan massatuotannon Q3 2022; Suorituskykyindeksin suhteen L600-yksikennon kapasiteetti on noussut 196Ah:iin, energiatiheys on yli 185wh/kg ja volyymienergiatiheys on yli 430wh/l, jolla on edullisia ominaisuuksia, kuten korkea yhteensopivuus, korkea sopeutumiskyky, korkea turvallisuus ja pitkä elämä.

(2) Suuret lieriömäiset: Tesla, BAK, EVERLIGHT ja muut akkutehtaat asettelevat suuria sylinterimäisiä akkuja. Otetaan esimerkiksi Tesla, 4680-akussa on korkea nikkelikatodi + piihiilikatodimateriaali ja elektroditon korvaketekniikka, jonka energiatiheys on 300 Wh/kg, akun kapasiteetti on 5 kertaa suurempi kuin nykyisessä 2170-ratkaisussa ja lähtöteho on 6 kertaa korkeampi. Lisäksi sillä on etuja energiatiheydessä, tehossa ja lataustehokkuudessa.

2. Suuri sylinterimäinen: lasersovellusten odotetaan lisääntyvän; korkeat laitteiden tarkkuusvaatimukset

2.1 Suuri sylinterimäinen akku: Otetaan esimerkkinä Tesla 4680, tekniset innovaatiot, kuten kuiva elektrodi ja elektroditon korvake, ovat huomion arvoisia

Paperin mukaan 4680:n sylinterimäinen akku on lieriömäisen akun uusi rakenteellinen innovaatio pienemmistä 1865-2170-akuista. Aiemmin käytettyyn 2170-akkuun verrattuna 4680-akku vähentää merkittävästi lämmöntuotantoa ja ratkaisee korkean energiatiheyden aiheuttaman lämmönpoisto-ongelman. kennoissa ja lisää latauksen ja purkamisen huipputehoa, mikä tekee 4680:n akusta 5 kertaa enemmän energiaa ja 6 kertaa enemmän tehoa kuin 2170:n akussa, samalla kun kustannukset pienenevät 14 % ja toimintasäde kasvaa 16 %.

Mitä tulee rakenteellisiin innovaatioihin ja valmistusprosessiin, 4680:ssa on kolme suurta teknologista innovaatiota verrattuna aikaisempiin akkuihin - kuivaelektrodiprosessi, lugless (kaikki korvakkeet) ja CTC-tekniikka - jotka ovat johtaneet alhaisempiin kennojen tuotantokustannuksiin ja suurempiin suorituskyvyn parannuksiin. Otetaan esimerkkinä korvakkeeton tekniikka, 4680 kennorakenne muuttaa koko kollektorin korvakkeiksi, johtava polku ei ole enää riippuvainen korvakkeista ja virran siirto muuttuu poikittaissiirrosta korvakkeita pitkin keruulevyyn pitkittäissiirtoon. kollektori, joka vähentää vastuksen 2 metriinΩ ja sisäisen resistanssin kulutus 2W - 0.2W.

2.2 Kuivaelektrodiprosessi: alhaiset kustannukset verrattuna perinteiseen märkäprosessiin, ydin on elektrodiformulaatiossa ja kalvoekstruusiolaitteistossa

Maxwellin kuivaelektroditekniikka sopii nykyiseen litiumakkukemiaan ja kehittyneisiin uusiin elektrodimateriaaleihin, valmistusprosessissa ei käytetä liuotinta, ja se voidaan laajentaa rullalta rullalle -tuotantoon, ja ydintekniikka on elektrodien formulointi ja kalvon muodostaminen. ekstruusiolaitteet.

(1) Hieu Duongin, Joon Shinin ja Yudi Yudin "Dry Electrode Coating Technology" -paperin mukaan Maxwellin kuivaelektroditekniikka koostuu kolmesta vaiheesta: (i) kuivajauheen sekoitus, (ii) jauheen muovaus ohueksi pinnoitteeksi, (iii) ) ohut pinnoite ja nesteenkeräyspuristus, kaikki kolme vaihetta ovat liuotinvapaita. Maxwellin kuivaelektrodiprosessi on skaalattavissa nykyisiin litiumioniakkukemioihin ja edistyneisiin uusiin akkuelektrodimateriaaleihin; erityisesti Maxwellin patentoitua kuivaprosessia käytetään jauheen sekoittamiseen lopullisen jauheseoksen muodostamiseksi aktiivisista materiaaleista, sideaineista ja johtavista lisäaineista, joka ekstrudoidaan ja kalanteroidaan. -pinnoitettu elektrodikalvo, joka voidaan myös kääriä rulliksi. Lopuksi ohut elektrodikerros puristetaan yhteen keruunesteen kanssa akkuelektrodin muodostamiseksi.

(2) Mitä tulee etuihin, Hieu Duongin, Joon Shinin ja Yudi Yudin "Dry Electrode Coating Technology" -paperin mukaan Maxwellin kuivaelektrodiprosessia voidaan soveltaa klassisiin ja kehittyneisiin akkumateriaaleihin ja se voidaan laajentaa kelaukseen. -kelan tuotanto verrattuna perinteisiin märkäelektrodeihin. (3) Battery World Onlinen mukaan Maxwellin kuivaelektrodiprosessin ydintekniikka on elektrodien formulointi ja kalvon muodostava ekstruusiotekniikka ja -laitteet.

Lisäksi kuivia elektrodeja voidaan toteuttaa erilaisilla menetelmillä, kuten pulssilaser- ja sputterointipinnoituksella, jotka vaativat lisäkalvon hehkutusprosessia märkä- ja Maxwell-kuivaelektrodiprosesseihin verrattuna. Brandon Ludwigin, Zhangfeng Zhengin, Wan Shoun, Yan Wangin ja Heng Panin julkaisun "Solvent-Free Manufacturing ofElectrodes for Lithium-ion Batteries" mukaan, toisin kuin märkäelektrodien valmistusprosessissa, kuivat elektrodit voidaan valmistaa pulssilaserpinnoituksella. Kuivaelektrodiprosessi voidaan saada aikaan erilaisilla menetelmillä, kuten pulssilaser- ja sputterointipinnoituksella, joka ei vaadi kuivausta, mutta vaatii ylimääräistä ohutkalvohehkutusta pulssilaserpinnoituksen aiheuttaman korkean lämpötilan vuoksi. Tässä asiakirjassa ehdotettu elektrodin valmistusprosessi on seuraava.

(1) Märkäelektrodin valmistusprosessi① Tahnanvaluprosessi: Litiumparistoelektrodit valmistetaan valamalla tahnaa (sisältää aktiivista materiaalia liuottimessa, johtavassa hiilessä ja sideaineessa) metallinkerääjän päälle. Yleisin sideaine on PVDF (esiliuotettu liuottimeen NMP), ja tuloksena oleva liete sekoitetaan ja valetaan keräilijälle, joka on kuivattava liuotin haihduttamaan kuivan huokoisen elektrodin muodostamiseksi. Kuivaus kestää kauan, tyypillisesti 12-24 tuntia 120 asteessatutkinnonC. Lisäksi, koska NMP on kallista ja saastuttavaa, talteenottojärjestelmä on asennettava haihtuneen NMP:n talteen ottamiseksi kuivausprosessin aikana (lisäten merkittävää pääomasijoitusta).

Liuotinpohjainen sähköstaattinen ruiskupinnoitus: Elektrodimateriaali levitetään keräilijälle liuotinpohjaisella sähköstaattisella ruiskupinnoituksella, eli kerrostettu materiaali sumutetaan suuttimessa ja levitetään kerääjälle; tällä tavalla valmistetuilla elektrodeilla on samanlaiset ominaisuudet kuin lietevaletuilla elektrodeilla, ja samanlaisena haittana on intensiivinen kuivausprosessi, joka vaatii myös aikaa ja energiaa (2 tuntia 400 asteessatutkinnonC). Litiumparistoja valmistetaan myös ruiskutustekniikalla, jossa jokainen elektrodikokoonpano ruiskutetaan halutulle pinnalle NMP-pohjaisella pinnoitteella, joka vaatii edelleen liuottimen haihduttamista.

(2) Kuivaelektrodin valmistusprosessi saavutetaan erilaisilla menetelmillä, kuten pulssilaserilla ja sputterointipinnoituksella. Pulssilaserpinnoitus saavutetaan fokusoimalla laser kohteeseen, joka sisältää kerrostettavan materiaalin, ja kun laser osuu kohteeseen, materiaali höyrystyy ja kerrostuu keräilijälle; vaikka liuotinta ei käytetä, kerrostetun kalvon on kestettävä lämpötiloja 650-800tutkinnonC, kun taas magnetronisputterointi voi laskea vaaditun hehkutuslämpötilan 350 asteeseentutkinnonC. Tämä menetelmä edustaa kuivakennoelektrodien valmistusta, mutta saostusnopeus on hidas ja vaatii korkean lämpötilan hehkutusta.

Kuivaelektrodiprosessi on halvempi kuin perinteinen märkäprosessi, lähinnä työvoimakustannusten, laiteinvestointien ja laitostilan osalta. Esimerkiksi Brandon Ludwigin, Zhangfeng Zhengin, Wan Shoun, Yan Wangin ja Heng Panin paperin "Solvent-Free Manufacturing of Electrodes for Lithium-ion Batteries" mukaan, Battery Design Scenario 1 Esimerkiksi kuivaelektrodien tuotanto on 21,6 %. , 14,2 % ja 13,1 % vähemmän suoran työvoiman, laitekustannusten ja tehdasalueen osalta kuin märkäelektrodin tuotanto, olettaen, että vuodessa tuotetaan 100,{10}} kennoa.

2.3 Lugless (all-lug) -tekniikka: vähentää akun sisäistä vastusta, laserhitsausmäärää ylöspäin, korkeat laitteiden tarkkuusvaatimukset

(all-ear) -teknologia voi vähentää merkittävästi akun vastusta ja sisäistä vastuksen kulutusta. Yulong Zhaon paperin "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan" mukaan: 1) Perinteinen sylinterimäinen akku: positiivinen ja negatiivinen kuparikalvo ja alumiinikalvokalvo pinotaan ja kierretään, ja kuparin molemmissa päissä on hitsattu ohjauslanka (korvake) foliota ja alumiinifoliota elektrodin johtamiseksi. (2) 4680 akku: koko kollektori muutetaan korvakkeeksi, johtava polku ei enää riipu korvakkeesta, virta siirtyy poikittaissiirrosta korvaketta pitkin kollektoriin kollektorin pitkittäissiirtoon, koko johtava pituus muutetaan 800-1000mm 1860 tai 2170 kuparikalvon pituudesta arvoon Koko johtava pituus muutetaan 800-1000mm 1860 tai 2170 kuparikalvon pituudesta 80 mm:iin (kennon korkeus), mikä vähentää vastusta 2 metriinΩ ja sisäisen resistanssin kulutus 2W:sta 0.2W:iin, suuruusluokkaa pienempi.

Rakenteelliset suunnitteluominaisuudet: kennon toisessa päässä olevan korvakkeen kosketus-/johtavuusalue on yhtä suuri/suurempi kuin keräin. GaoGong Lithium -virallisen WeChat-julkisen numeron mainitseman Teslan "lugless" -patentin mukaan siinä kuvataan ainakin yksi elektrodi ulokkeettomana akkukiinnikkeenä, erityisesti: 1) Ytimen alempi taso: keräimen pää on jätetty valkoiseksi eikä pinnoitettu. positiivisilla/negatiivisilla materiaaleilla, joissa kollektoriosa voidaan ymmärtää yleisenä korvakkeena, Tesla "Kulkemattoman" suunnittelun avain on, että korvakkeen johtavuusalue on täsmälleen sama kuin keräilijän tai jopa ulokkeen kosketuspinta-ala ja johtavuusalue ovat suurempia kuin kollektorin johtavuusalue kannen monipuolisen rakenteen ansiosta; 2) ytimen ylätaso: jos käytetään vain yhtä elektrodia ilman korvakeliuosta, yläpää on silti sama kuin 18650, 21700 ytimen malli. Patenttianalyysin mukaan vain yksi reunuksettoman liitoksen pää voi saavuttaa 5-kertaisen sisäisen vastuksen pienenemisen.

(1) Tuotantoprosessi: Automotive Materials Networkin virallisen WeChat-julkisen numeron mukaan, johon viitataan julkaisussa Automotive Home, induktiokorvakkeita varten on kaksi tuotantoprosessia, eli ensin leikkaus ja sitten käämitys ja ensin käämitys ja sitten lasersuutin. leikkaaminen, erityisesti:① Ensin leikkaus ja sitten käämitys: Tarkan laskennan avulla materiaali leikataan useisiin osiin ennen käämitystä. Kun käämi saavuttaa esiasetetun energian, suoritetaan hitsaus. Laserleikkaus käämityksen jälkeen: materiaali kääritään suoraan leveydestä ja koosta riippumatta, ja laserleikkaus suoritetaan ylimääräiselle materiaalille, kun esiasetettu energia on saavutettu, mikä vaatii suurta tarkkuutta.

(2) Laitteistovaatimukset: Automotive Materials Networkin virallisen WeChat-julkisen numeron mukaan, viitaten Auto Housen ja GaoGong Lithium WeChat -julkisen numeron tietoihin, tuotantolaitteiden näkökulmasta on tapahtunut suuria muutoksia kolmessa suhteessa ei-teknologiaan. -napainen korvake (all-napainen korvake), erityisesti:① pinnoitusprosessi: täysnapaisen korvakkeen tietty kaareva muoto aiheuttaa korkeampia vaatimuksia laitteiden tarkkuudelle, ja ulkorenkaan valkoista tilaa on enemmän ja enemmän kuin sisärenkaan valkoista tilaa;② leikkauslaitteet: laserleikkausprosessin vaatimukset ovat korkeammat. (2) leikkauslaitteet: korkeammat vaatimukset laserleikkausprosessille ja materiaalikerroksen sovitusaukot epätasaisten leikkausreunojen vuoksi; (3) laserhitsaus: kaikkien korvakkeiden laserpistehitsauksessa hitsausliitosten määrä kasvaa yli viisinkertaiseksi verrattuna 21700:aan. Erityisesti hitsausprosessin mukaan esimerkiksi Zhao Yulongin paperin "Power Battery 4680 full" mukaan korvakkeen teknologian skannaus" sisältö, täysi korvake ja keräinlevy tai kuoriliitäntä, laserhitsaustekniikan vaatimukset ovat korkeammat, erityisesti perinteisestä kahden korvakkeen pistehitsauksesta täyden korvakkeen pintahitsaukseen, hitsausprosessi ja hitsausmäärä ovat lisääntyneet, laserintensiteetti ja polttoväliä ei ole helppo hallita, helppo hitsata läpi palanut sydämen sisäpuolelle tai ei hitsausta;. Lisäksi jotkut yritykset ehdottavat puristussovituksen käyttöä nykyiselle keräilijälle hitsauspatenttien sijaan.

Otamme Teslan CTC-teknologian esimerkkinä ja analysoimme sitä seuraavasti: 1) Toisin kuin 2170-akkupakkaus, joka koostuu neljästä moduulista, 4680-akkuyksikkö käyttää CTC-tekniikkaa ja akkupaketti toimii ajoneuvon pohjalevynä. InsideEVsin virallisen verkkosivuston mukaan Giga Berlinin tehdaskierroksella lokakuussa 2021 esitellyn uuden Model Y -rakenteen akun poikkileikkausnäkymästä 4680-akkupaketti eliminoi suoraan moduulin suunnittelun ja käyttää CTC-tekniikkaa, joka on tiiviisti sijoitettu ajoneuvon runko eli 4680-akulla varustetun Model Y:n pohja on koverrettu ja akku toimii pohjana. Akku toimii pohjana. Sitä vastoin Model Y:n 2170-akussa on neljä moduulia - kaksi lyhyttä moduulia ja kaksi pitkää moduulia. Ja meidän ilmailu-litiumyhtiömme perustuu myös suuriin sylinterimäisiin akkuihin teknologian hallinta on myös etäinen johtaja:http://www.optimum-china.com