Una anàlisi exhaustiva de les bateries de liti: des dels fonaments fins a la producció, l'estructura, els processos, les aplicacions i les tendències de la indústria

Les bateries de liti han estat durant molt de temps el "nucli energètic" en sectors com ara l'electrònica de consum, els vehicles d'energia nova, els sistemes d'emmagatzematge d'energia i fins i tot l'economia de baixa-altitud. Des de petits dispositius com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils fins a equips a gran-escala, com ara vehicles elèctrics i centrals d'emmagatzematge d'energia, el seu rendiment determina directament la resistència, el nivell de seguretat i la vida útil de l'equip. Aquest article desmunta de manera exhaustiva aquest component energètic crític, que cobreix la seva composició bàsica, la comparació d'avantatges i desavantatges, el sistema de classificació, la terminologia professional, les normes de denominació, així com tot el procés de producció i les pràctiques de la indústria, revelant-vos els misteris tècnics de les bateries de liti.

I. Composició bàsica de les bateries de liti: sinergia entre "cor" i "cervell"

El funcionament estable d'una bateria de liti es basa en la sinergia de dos sistemes principals: "subministrament d'energia" i "control de seguretat". Concretament, es pot dividir en dues parts: la pila de la bateria i la placa de protecció (o BMS), cadascuna de les quals té una funció insubstituïble.

1. Cèl·lula de la bateria: el "cor energètic" de les bateries de liti

La cèl·lula de la bateria és el nucli per emmagatzemar i alliberar energia elèctrica, equivalent al "cor" d'una bateria de liti. El seu rendiment determina directament la densitat d'energia, la vida útil del cicle i la seguretat de la bateria. La cèl·lula de la bateria consta principalment de 5 components clau:

Material del càtode: La "font" de sortida d'energia, que allibera ions de liti durant la descàrrega. Els materials comuns inclouen l'òxid de cobalt de liti (LiCoO₂, utilitzat en electrònica de consum com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils, amb plataforma d'alta tensió però de seguretat feble), fosfat de ferro de liti (LiFePO₄, utilitzat en emmagatzematge d'energia i vehicles elèctrics, amb alta seguretat i llarg cicle de vida), liti ternari (LiNiₓ, Coḵ2{Mn} de gamma alta elèctrica). vehicles, amb una alta densitat d'energia) i manganat de liti (LiMn₂O₄, utilitzat en eines elèctriques, amb un cost baix però una estabilitat a alta -temperatura).

Material de l'ànode: El "magatzem" per a l'emmagatzematge d'energia, que adsorbeix ions de liti durant la càrrega i els envia de nou al càtode durant la descàrrega. Actualment, el grafit és el corrent principal (amb baix cost i bona estabilitat, que representa més del 90% del mercat de material d'ànode). La nova generació d'ànodes basats en silici-(amb una capacitat teòrica de més de 10 vegades la del grafit) s'està comercialitzant gradualment, mentre que els ànodes de metall de liti encara es troben en fase d'R+D per problemes de dendrites.

Electròlit: El "canal" per a la migració d'ions de liti, normalment compost per sal de liti (per exemple, LiPF₆, que proporciona ions de liti), dissolvents orgànics (per exemple, carbonats, sals de liti en dissolució) i additius (millorant la vida útil del cicle i la seguretat). La seva puresa i estabilitat afecten directament el rendiment a alta i baixa-temperatura i el nivell de seguretat de la bateria. Per exemple, l'excés d'humitat reaccionarà amb les sals de liti per generar gasos nocius, causant perills potencials per a la seguretat.

Separador: La "barrera de seguretat" entre el càtode i l'ànode, una pel·lícula de polímer porosa (principalment polietilè PE i polipropilè PP). No només pot evitar el contacte directe i el curtcircuit entre el càtode i l'ànode, sinó que també permet que els ions de liti passin. Els separadors-d'alta qualitat han de tenir una mida de porus uniforme, una resistència mecànica suficient i una estabilitat química. A altes temperatures, també poden bloquejar la transmissió d'ions mitjançant l'"efecte d'apagada" per evitar la fugida tèrmica.

Shell: La "coberta protectora" de la cèl·lula de la bateria, dividida en carcassa d'alumini (bateries prismàtiques, com ara bateries de telèfons mòbils), carcassa d'acer (bateries cilíndriques, com ara 18650) i pel·lícula composta d'alumini-plàstic (bateries de bossa, com ara telèfons mòbils prims i dispositius portàtils) segons la forma. La carcassa ha de tenir propietats a prova d'explosió-, resistent a altes-temperatura i a la corrosió-, alhora que sigui el més lleugera possible per millorar la densitat d'energia de la bateria.

2. Tauler de protecció: el "cervell de seguretat" de les bateries de liti

Si la cèl·lula de la bateria és el "cor d'energia", la placa de protecció és el "cervell de seguretat", responsable de controlar l'estat de càrrega i descàrrega de la bateria per evitar riscos com ara sobrecàrrega, sobre{0}}descàrrega i curtcircuit. El tauler de protecció de bateries d'energia s'anomena normalment Sistema de gestió de bateries (BMS), amb una estructura més complexa, mentre que el tauler de protecció de bateries de consum (com les bateries de telèfons mòbils) està relativament simplificat. Els components bàsics inclouen:

Xip de protecció/xip ​​de gestió: la unitat de control central, que-en temps real supervisa la tensió, el corrent i la temperatura de la bateria. Quan es detecten anomalies (p. ex., sobrecàrrega amb una tensió superior a 4,2 V, sobre-descàrrega amb una tensió inferior a 3,0 V), activa el mecanisme de protecció.

MOSFET: El "interruptor" de corrent, que talla o condueix el circuit de càrrega i descàrrega sota les instruccions del xip. Per exemple, durant la sobrecàrrega, el MOSFET desconnecta la ruta de càrrega per evitar danys a les cèl·lules de la bateria.

Resistències i condensadors: Components auxiliars, utilitzats per al mostreig de corrent i el filtrat de tensió per garantir la precisió de les dades de detecció.

Placa PCB: El "portador" de components, integrant xips, MOSFET i altres peces per formar un sistema de circuit estable.

PTC/NTC: Components de protecció de temperatura. PTC (termistor de coeficient de temperatura positiu) té un fort augment de la resistència a altes temperatures per limitar el corrent; NTC (termistor de coeficient de temperatura negatiu) detecta la temperatura en temps real i proporciona dades de temperatura per al xip.

II. Avantatges i desavantatges de les bateries de liti: per què es poden convertir en la font d'energia principal?

Les bateries de liti poden substituir les bateries de plom-àcid, níquel-cadmi i níquel-hidrur metàl·lic per convertir-se en la primera opció en electrònica de consum i nous camps energètics, gràcies als seus excel·lents avantatges de rendiment, però també tenen deficiències innegables. Podem entendre de manera més intuïtiva el posicionament de les bateries de liti mitjançant una comparació horitzontal de quatre tipus de bateries principals:

1. Avantatges bàsics: per què les bateries de liti són insubstituïbles?

Alta densitat energètica: la densitat d'energia gravimètrica és 4-8 vegades la de les bateries de plom-àcid, i la densitat d'energia volumètrica és 4-5 vegades la de les bateries de plom-àcid. Això significa que les bateries de liti poden emmagatzemar més energia elèctrica amb el mateix pes/volum. Per exemple, una bateria de liti per a telèfons mòbils amb una capacitat de 1900 mAh només pesa uns 20 g, mentre que una bateria de plom-àcid amb la mateixa capacitat pesa més d'1 kg, cosa que és completament inadequada per a dispositius portàtils.

Cicle de vida llarg: les bateries de liti d'alta-qualitat poden assolir més de 1500 cicles, i les bateries de fosfat de ferro de liti fins i tot poden superar els 6000 cicles, mentre que les bateries de plom-àcid només tenen 200-300 cicles. Prenent com a exemple els vehicles elèctrics, els models equipats amb bateries de liti tenen una durada de 5-8 anys, superant amb escreix els 1-2 anys de les bateries de plom-àcid.

Ecològic i lliure de contaminació-: Lliure de metalls pesants tòxics com el plom, el mercuri i el cadmi, és respectuós amb el medi ambient durant tot el cicle de vida de producció, ús i desballestament, en línia amb la tendència global del "doble carboni". En canvi, la contaminació per plom de les bateries de plom-àcid i la contaminació per cadmi de les bateries de níquel-cadmi s'han restringit en molts països.

Baix percentatge d'-descàrrega automàtica: la taxa d'auto-descàrrega mensual és només del 2%-9%, molt inferior al 20%-30% de les bateries de níquel-hidrur metàl·lic. Una bateria de liti de telèfon mòbil completament carregada encara pot retenir més del 80% de la seva potència després d'estar inactiva durant un mes, mentre que una bateria d'hidrur de níquel-metall només pot quedar-ne un 50%.

Plataforma d'Alta Tensió: la tensió nominal d'una sola cel·la és de 3,2-3,7 V, equivalent a la tensió en sèrie de 3 bateries de níquel-cadmi/níquel-hidrur metàl·lic. Pot complir els requisits de l'equip sense múltiples connexions en sèrie, simplificant el disseny de la bateria.

2. Principals mancances: quins problemes encara s'han de resoldre?

Alt Cost: el cost de la bateria és d'uns 2,0-3,5 CNY per Wh, 2-5 vegades el de les bateries de plom-àcid. Tot i que va disminuint gradualment amb la producció a gran escala, segueix sent la principal partida de costos dels vehicles d'energia nous i dels sistemes d'emmagatzematge d'energia.

Poca adaptabilitat a la temperatura: La temperatura òptima de funcionament és de 0-45 graus. Quan la temperatura és inferior a 0 graus, la capacitat disminueix significativament (per exemple, a -20 graus, la capacitat només pot quedar al 50%); quan la temperatura és superior a 60 graus, hi ha riscos de seguretat. Cal configurar sistemes addicionals de calefacció/refrigeració, augmentant els costos i la complexitat.

Riscos de seguretat: Els electròlits líquids són inflamables. Si el sistema de protecció falla (com ara sobrecàrrega, punxada, extrusió), pot provocar una fuga tèrmica, provocant incendi i explosió. Per tant, les bateries de liti han d'estar equipades amb BMS o taulers de protecció i no es poden utilitzar "nues" com les bateries de plom-àcid.

Alts requisits per als carregadors: calen carregadors de corrent constant i tensió constant per garantir un procés de càrrega estable i evitar la sobrecàrrega, mentre que les bateries de plom-àcid només necessiten un simple regulador de tensió i el cost del carregador és més baix.

III. Sistema de classificació de bateries de liti: com triar per a diferents escenaris?

Hi ha molts tipus de bateries de liti, que es poden dividir en diverses categories segons diferents dimensions. Les bateries de diferents categories tenen diferències de rendiment importants i són adequades per a diferents escenaris. Dominar la lògica de classificació us pot ajudar a entendre millor "per què s'utilitzen bateries de liti cobalt als telèfons mòbils i fosfat de ferro de liti / bateries de liti ternari en vehicles elèctrics".

1. Per característiques de càrrega i descàrrega: bateries primàries vs bateries secundàries

Bateries primàries (no-recarregables).: també conegudes com a bateries primàries de liti, com les bateries de diòxid de manganès de liti (piles de botó CR2032, utilitzades en comandaments a distància i rellotges) i bateries de clorur de tionil-liti (utilitzades en dispositius d'Internet de les coses i instruments mèdics implantables). Es caracteritzen per una gran capacitat i una llarga vida útil (fins a 10 anys), però no es poden recarregar i es descarten després del seu ús.

Bateries secundàries (recarregables).: També conegudes com a bateries d'emmagatzematge, són el tipus més utilitzat en la vida diària, com les bateries de telèfons mòbils i les de vehicles elèctrics. Es poden carregar i descarregar repetidament entre 500 i 1500 vegades. El nucli és la reacció reversible de la "migració d'ions de liti entre el càtode i l'ànode", que també és el focus d'aquest article.

2. Per material del càtode: determinació del rendiment del nucli de les bateries

Aquest és el mètode de classificació més bàsic, i el material del càtode determina directament la densitat d'energia, la seguretat i el cost de la bateria:

Òxid de cobalt de liti (LiCoO₂): Alta densitat d'energia (200-250Wh/kg), plataforma d'alta tensió (3,7V), però poca seguretat i cicle de vida curt (500-800 cicles), utilitzat principalment en electrònica de consum com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils.

Fosfat de ferro de liti (LiFePO₄): Seguretat extremadament alta (la temperatura de fuga tèrmica supera els 200 graus), cicle de vida llarg (1500-6000 cicles), baix cost, però baixa densitat d'energia (120-180Wh/kg), s'utilitza principalment en sistemes d'emmagatzematge d'energia, autobusos elèctrics i vehicles elèctrics de gamma baixa.

Liti ternari (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Alta densitat d'energia (200-300Wh/kg), bon rendiment a baixa-temperatura, però seguretat mitjana i cost elevat. Es divideix en NCM523, NCM622 i NCM811 segons el contingut de níquel (com més gran és el contingut de níquel, més gran és la densitat d'energia), s'utilitza principalment en vehicles elèctrics i drons de gamma alta.

Manganat de liti (LiMn₂O₄): Baix cost, bona-estabilitat a altes temperatures, però baixa densitat d'energia (100-150Wh/kg) i cicle de vida curt (300-500 cicles), s'utilitza principalment en eines elèctriques i vehicles elèctrics de baixa velocitat.

3. Per forma: Adaptació als diferents espais d'equipaments

Bateries cilíndriques: Com ara 18650 (18 mm de diàmetre, 65 mm d'alçada) i 21700 (21 mm de diàmetre, 70 mm d'alçada), amb estructura estable i alta eficiència de producció en massa, utilitzats principalment en ordinadors portàtils i vehicles elèctrics (p.

Bateries prismàtiques: com ara bateries de telèfons mòbils (3-5 mm de gruix, 40-60 mm d'amplada) i bateries d'energia per a vehicles elèctrics (10-20 mm de gruix, 100-200 mm d'amplada), amb una alta taxa d'utilització de l'espai i es poden personalitzar segons la mida de l'equip, que és la forma principal dels vehicles elèctrics actualment.

Bateries de bossa: encapsulats amb una pel·lícula composta de plàstic d'alumini-, es poden fer ultra-fins (0,5-2 mm de gruix) i flexibles, s'utilitzen principalment en telèfons mòbils prims, dispositius portàtils (com ara rellotges intel·ligents) i telèfons mòbils plegables.

4. Per estat de l'electròlit: líquid vs polímer

Bateries d'ions de liti (LIB): Utilitzant electròlits líquids, amb alta densitat energètica i baix cost, però hi ha risc de fuites. La majoria de les bateries de closca dura-cilíndriques i prismàtiques pertanyen a aquesta categoria.

Bateries de polímer de liti (PLB): Utilitzant gel o electròlits sòlids, sense risc de fuites i es poden deformar de manera flexible. La majoria de les bateries de bossa pertanyen a aquesta categoria, que s'utilitzen principalment en electrònica de consum.

5. Per aplicació: bateries normals vs bateries de potència

Bateries normals: S'utilitza en electrònica de consum com ara telèfons mòbils i ordinadors portàtils, amb capacitat reduïda (1000mAh-10Ah) i baixa taxa de descàrrega (0,5-2C), que requereix una alta densitat d'energia.

Potència Bateries: S'utilitza en vehicles elèctrics i drons, amb gran capacitat (50Ah-500Ah) i alta velocitat de descàrrega (5-30C), que necessiten suportar una gran descàrrega de corrent (p. ex., quan el cotxe s'accelera), requerint una major seguretat i vida útil.

IV. Terminologia essencial de les bateries de liti: conceptes diferenciats des de la capacitat fins al SOC

Quan compreu o utilitzeu bateries de liti, sovint trobareu termes com ara "capacitat", "taxa C-" i "SOC". Comprendre aquests conceptes us pot ajudar a jutjar amb precisió el rendiment de la bateria i evitar ser enganyat per "paràmetres marcats falsament".

1. Capacitat: quanta electricitat pot emmagatzemar una bateria?

Definició: la quantitat d'electricitat que pot alliberar una bateria en determinades condicions de descàrrega, calculada per la fórmula Q=I×t (I és el corrent, t és el temps), amb unitats d'Ah (amperi-hora) o mAh (miliamperi-hora).

Explicació senzilla: 1 Ah significa que la bateria es pot descarregar a 1 A de corrent durant 1 hora, i 1 mAh significa que es pot descarregar a 1 mA de corrent durant 1 hora. Per exemple, una bateria de telèfon mòbil amb 1900 mAh significa que es pot descarregar a 190 mA de corrent durant 10 hores.

Escenaris comuns: Bateries del telèfon mòbil: 800-1900mAh; bicicletes elèctriques: 10-20Ah; vehicles elèctrics: 20-200Ah; bateries d'emmagatzematge d'energia: 100-1000 Ah.

2. Velocitat de càrrega/descàrrega (taxa C-): quina velocitat és la càrrega/descàrrega?

Definició: el corrent de càrrega/descàrrega expressat com a múltiple de la capacitat nominal de la bateria. 1C és el corrent de "càrrega/descàrrega completa en 1 hora".

Mètode de càlcul: Si la capacitat de la bateria és de 1.500 mAh, 1C=1500mA, 2C=3000mA (descarregada totalment en 0,5 hores), 0,1C=150mA (totalment descarregada en 10 hores).

Notes: Com més gran sigui la taxa de descàrrega, menor serà la capacitat real de la bateria (p. ex., la capacitat a una descàrrega de 2C pot ser només el 80% de la de la descàrrega d'1C) i més greu serà la generació de calor. Per tant, les bateries d'energia han de tenir una capacitat de descàrrega -alta (p. ex., els vehicles elèctrics requereixen més de 5 ºC).

3. Voltage (OCV): La "Plataforma de voltatge" de les bateries

Tensió nominal: la tensió nominal de la bateria. Les bateries de liti habituals són de 3,2-3,7 V (òxid de cobalt de liti: 3,7 V; fosfat de ferro de liti: 3,2 V), que és un indicador important del rendiment de la bateria.

Tensió de circuit obert (OCV): la tensió de la bateria quan no hi ha cap càrrega connectada, que es pot utilitzar per jutjar l'estat de la bateria (p. ex., l'OCV d'una bateria d'òxid de cobalt de liti completament carregada és d'uns 4,2 V i uns 3,0 V quan està sense energia).

Plataforma de voltatge: El rang de tensió estable durant la càrrega i descàrrega de la bateria (normalment entre el 20% i el 80% de la capacitat), on el voltatge canvia poc. Per exemple, la plataforma de tensió de les bateries d'òxid de cobalt de liti és de 3,6-3,9 V, que també és el rang de tensió de treball normal de l'equip.

4. Energia i potència: quant de temps es pot utilitzar? Quanta potència pot produir?

Energia: l'energia elèctrica total que pot emmagatzemar la bateria, calculada per la fórmula E=U×Q (U és tensió, Q és capacitat), amb unitats de Wh (watt-hora) o kWh (kilowatt-hora, 1kWh=1 grau d'electricitat). Per exemple, una bateria de telèfon mòbil amb 1900 mAh i 3,7 V té una energia de 3,7 V×1,9 Ah=7.03Wh.

Poder: l'energia que pot produir la bateria per unitat de temps, calculada per la fórmula P=U×I, amb unitats de W (watt). La potència determina la "potència de ràfega" de l'equip. Per exemple, els vehicles elèctrics necessiten bateries de gran-potència quan acceleren, mentre que els telèfons mòbils només necessiten bateries de-baixa potència.

5. Cicle de vida: quantes vegades es pot carregar i descarregar una bateria?

Definició: Una càrrega i descàrrega de la bateria és un cicle. Quan la capacitat disminueix al 60%-70% de la capacitat inicial, es considera el final de la vida útil.

Prova estàndard: L'estàndard IEC estableix que les bateries de liti de telèfons mòbils descarregades a 3,0 V a 0,2 C i carregades a 4,2 V a 1 C han de tenir una capacitat superior o igual al 60% després de 500 cicles; la norma nacional estableix que la capacitat ha de ser superior o igual al 70% després de 300 cicles.

Suggeriment d'ús: Eviteu la càrrega i la descàrrega profundes (p. ex., no carregueu al 100% o descarregueu al 0% cada vegada), cosa que pot allargar la vida útil del cicle. Per exemple, mantenir la bateria del telèfon mòbil al 20%-80% de la potència pot allargar la vida útil a més de 1000 cicles.

6. Profunditat de descàrrega (DOD) i estat de càrrega (SOC): quanta potència queda a la bateria?

DOD: El percentatge de la capacitat descarregada respecte a la capacitat nominal. Per exemple, si la capacitat descarregada és de 500 mAh i la capacitat nominal és de 1000 mAh, DOD=50%. Com més profund sigui el DOD, més curta serà la durada de la bateria.

SOC: el percentatge de la capacitat restant respecte a la capacitat nominal. 0% significa que no hi ha energia i 100% significa que està completament carregat. BMS jutja la potència restant de la bateria a través del SOC, i la visualització de la potència del telèfon mòbil es calcula en funció del SOC.

7. -Tensió de tall: la "línia vermella" de càrrega/descàrrega

Tensió de tall de càrrega-: el voltatge al qual la bateria no es pot carregar més. Per a les bateries d'òxid de cobalt de liti, és de 4,2 V; per a bateries de fosfat de ferro de liti, és de 3,65 V. Superar aquesta tensió provocarà danys a les cèl·lules de la bateria i fuga tèrmica.

Tensió de tall{0}}descàrrega: el voltatge al qual la bateria no es pot descarregar més. Per a les bateries d'òxid de cobalt de liti, és de 3,0 V; per a bateries de fosfat de ferro de liti, és de 2,5 V. Per sota d'aquesta tensió provocarà danys irreversibles a l'ànode i la capacitat no es pot recuperar.

8. Resistència interna: la "pèrdua invisible" de bateries

Definició: La resistència a l'interior de la bateria que dificulta el flux de corrent, amb unitats de mΩ (miliohm), dividida en resistència interna òhmica (provocada pels materials i l'estructura) i la resistència interna de polarització (causada per reaccions electroquímiques).

Impacte: Com més petita sigui la resistència interna, més alta serà l'eficiència de càrrega i descàrrega de la bateria i menys generació de calor. Per exemple, la resistència interna de les bateries de potència s'ha de controlar per sota dels 50 mΩ, en cas contrari, es produirà una generació de calor severa durant la descàrrega de corrent alta-.

V. Normes de denominació de les bateries de liti: entendre les dimensions a partir dels models

El nom de les bateries de liti varia entre els diferents fabricants, però les bateries generals segueixen l'estàndard IEC61960. El tipus i la mida de la bateria es poden jutjar a través del model per evitar comprar el model equivocat.

1. Piles cilíndriques: 3 lletres + 5 números

Significat de la lletra: La primera lletra indica el material de l'ànode (I=construït-en ions de liti, L=metall de liti); la segona lletra indica el material del càtode (C=cobalt, N=níquel, M=manganès, V=vanadi); la tercera lletra=R (cilíndrica).

Significat del nombre: els 2 primers números=diàmetre (mm), els 3 últims números=alçada (mm).

Exemples: ICR18650 - I (ànode d'ions de liti), C (càtode d'òxid de cobalt de liti), R (cilíndric), 18 mm de diàmetre, 65 mm d'alçada, la bateria més comuna per a portàtils i vehicles elèctrics; INR21700 - I (ànode d'ions de liti), N (càtode basat en níquel-, liti ternari), R (cilíndric), 21 mm de diàmetre, 70 mm d'alçada, amb un 50% més de capacitat que el 18650, utilitzat a Tesla Model 3.

2. Bateries prismàtiques: 3 lletres + 6 números

Significat de la lletra: les dues primeres lletres són les mateixes que les de les piles cilíndriques, la tercera lletra=P (prismàtica).

Significat del nombre: els dos primers números=gruix (mm), els 2 números centrals=amplada (mm), els dos últims números=alçada (mm).

Exemples: ICP053353 - I (ànode d'ions de liti), C (càtode d'òxid de cobalt de liti), P (prismàtic), 5 mm de gruix, 33 mm d'amplada, 53 mm d'alçada, una bateria de telèfon mòbil típica; IFP101520 - I (ànode d'ions de liti), F (càtode a base de ferro-, fosfat de ferro de liti), P (prismàtic), 10 mm de gruix, 15 mm d'amplada, 20 mm d'alçada, utilitzat en rellotges intel·ligents.

VI. Tot el procés de producció de bateries de liti: lluitant per l'excel·lència en cada pas, des dels materials fins a les cèl·lules

La producció de bateries de liti és un procés complex i altament automatitzat, que inclou tres enllaços principals: processos frontal-, intermedi- i processament- posterior. El control de precisió de cada enllaç afecta directament el rendiment i la seguretat de la bateria, coneguda com la "combinació de la indústria química fina i la fabricació de precisió".

1. Procés frontal-: fabricació de làmines d'elèctrodes (clau per determinar la capacitat de la bateria)

Mescla de purins: Barregeu materials actius de càtode (per exemple, LiCoO₂), agents conductors (negre de carboni), aglutinants (PVDF) i dissolvents (NMP) en una batedora al buit per formar una pasta uniforme; el mateix s'aplica a l'ànode, amb el grafit com a material actiu, CMC/SBR com a aglutinant i l'aigua com a dissolvent. Requisit bàsic: la pasta ha de ser uniforme sense partícules, en cas contrari, provocarà una capacitat desigual.

Revestiment: Recobriu uniformement la purín del càtode/ànode al col·lector actual (paper d'alumini per al càtode, làmina de coure per a l'ànode), controlant el gruix del recobriment (± 1 μm) i la densitat de l'àrea (pes del material actiu per unitat d'àrea). Requisit bàsic: el recobriment ha de ser uniforme, en cas contrari, provocarà un escalfament local i una atenuació de la capacitat de la bateria.

Assecat: Evaporeu el dissolvent (NMP o aigua) en un forn, amb la temperatura controlada a 80-120 graus. La velocitat i la velocitat del vent han de ser precises per evitar que el recobriment s'esquerde i s'arrisqui.

Calandrat: Premeu en fred-les làmines d'elèctrode seques amb una calandra de precisió per augmentar la densitat del recobriment (reduir la porositat), millorar la densitat d'energia i assegurar un gruix uniforme (± 0,5 μm).

Tallar: Talleu longitudinalment les làmines amples dels elèctrodes en tires estretes de l'amplada requerida, evitant les rebaves (les rebaves provocaran curtcircuits).

Soldadura de pestanyes: soldeu les pestanyes metàl·liques (llengüetes d'alumini per al càtode, pestanyes de níquel per a l'ànode) a les posicions especificades de les làmines d'elèctrode com a punts d'extracció actuals. La qualitat de la soldadura ha de garantir que no hi hagi juntes de soldadura en fred ni soldadures falses.

2.-Procés final mitjà: muntatge de cèl·lules (clau per determinar la seguretat de la bateria)

Enrotllament/apilament: apileu el càtode, el separador i l'ànode en l'ordre del "separador - ànode - separador - càtode", i enrotlleu-los en cel·les cilíndriques/prismàtiques amb una màquina de bobinar (tipus bobinat) o apilar-los en cel·les prismàtiques amb una màquina apilada (tipus apilat). El tipus apilat té una taxa d'utilització d'espai més alta i una menor resistència interna, però una baixa eficiència; el tipus de ferida té una alta eficiència i és adequat per a la producció en massa.

Carcassa/encapsulació: col·loqueu cel·les dures-cilíndriques/prismàtiques en carcassa metàl·lica (carcassa d'acer/alumini); col·loqueu les cèl·lules de la bossa a les closques de pel·lícula composta-d'alumini.

Cocció: Col·loqueu les cèl·lules encapsulades en un forn al buit i coure a 80-120 graus durant 4-8 hores per eliminar completament la humitat de les cèl·lules (el contingut d'humitat s'ha de controlar per sota de 50 ppm), en cas contrari, reaccionarà amb l'electròlit per generar gasos nocius.

Injecció d'electròlits: Injecteu una quantitat d'electròlit mesurada amb precisió a les cèl·lules d'una habitació seca amb un punt de rosada inferior a -40 graus. L'electròlit ha d'infiltrar-se completament a les làmines i separadors d'elèctrodes. L'error de la quantitat d'injecció s'ha de controlar dins de ± 0,1 g, en cas contrari, afectarà la capacitat de la bateria.

Segellat: Segella amb calor al buit-el port d'injecció d'electròlits de les cèl·lules de la bossa; segellar el forat d'injecció d'electròlits de les-cel·les dures amb boles d'acer (cilíndriques) o claus de segellat (prismàtics) i garantir l'estanquitat a l'aire mitjançant soldadura làser (les fuites d'aire provocaran la volatilització de l'electròlit i l'atenuació de la capacitat).

3.-Procés de finalització posterior: formació i proves (detecció de productes qualificats)

Formació: Carregueu les cèl·lules per primera vegada per formar una pel·lícula estable d'Interfície d'electròlits sòlids (SEI) a la superfície de l'ànode, que permet que els ions de liti passin però bloqueja els electrons, que és la clau per a la vida i la seguretat del cicle de la bateria. El corrent de càrrega és petit (0,1-0,2C) i el temps és llarg (8-12 hores).

Envelliment: Deixeu que les cèl·lules formades es mantinguin a temperatura ambient o alta temperatura (45 graus) durant 3-7 dies per estabilitzar la pel·lícula SEI i elimineu les cèl·lules defectuoses amb una autodescàrrega excessiva (p. ex., cèl·lules amb caiguda de tensió superior a 50 mV).

Classificació de la capacitat: feu proves estàndard de càrrega-descàrrega a les cèl·lules envellides (càrrega a la tensió límit superior, descàrrega a la tensió límit inferior), mesureu la capacitat real i gradueu-la segons la capacitat (p. ex., Grau A: 4950-5050 mAh, Grau B: 4850-4950 mAh) per garantir una capacitat constant de les cèl·lules del mateix grup.

Classificació: Classificar les cèl·lules segons paràmetres com la capacitat, la tensió de circuit obert i la resistència interna, i eliminar els productes defectuosos (per exemple, les cèl·lules amb una resistència interna excessiva i una capacitat insuficient).

Proves d'aparença i rendiment: Comproveu l'aspecte de les cèl·lules (sense rascades, fuites o deformacions), realitzeu la resistència d'aïllament, la resistència interna de CA i les proves de curtcircuit per assegurar-vos que el rendiment de seguretat compleix els estàndards.

VII. Tendències de la indústria i pràctiques empresarials: on és el futur de les bateries de liti?

Amb el ràpid desenvolupament de la nova indústria energètica, la tecnologia de les bateries de liti continua avançant i han sorgit diverses empreses centrades en camps segmentats, promovent l'extensió de les bateries de liti del camp de l'"electrònica de consum" als camps "industrial i energètic".

1. Tendències tecnològiques: de líquid a sòlid, d'alta capacitat a alta seguretat

Bateries d'-estat sòlid: Substituïu els electròlits líquids i els separadors per electròlits sòlids, millorant considerablement la seguretat (sense fuites o risc de fuga tèrmica), amb una densitat d'energia de fins a 400-600Wh/kg (el doble que les bateries de liti existents), que poden suportar vehicles elèctrics amb una autonomia de creuer de més de 1000 km. Actualment, les bateries semi-sòlides (amb un contingut d'electròlits del 5%-10%) han entrat a l'etapa de producció en massa (p. ex., la versió de bateria semi{-NIO ET7) i s'espera que totes les-bateries d'estat sòlid es produeixin en massa cap al 2030.

Tecnologia de càrrega ràpida: Aconseguiu una "càrrega del 80% en 10 minuts" mitjançant l'optimització de materials (com ara ànodes basats en silici-, electròlits de càrrega ràpida-) i el disseny estructural. Per exemple, la bateria de super-càrrega S4 equipada amb Xpeng G9 pot carregar 400 km en 10 minuts.

Reducció de costos: Mitjançant la producció a gran-escala (la capacitat de producció global de bateries de liti ha superat els 2TWh), la innovació de materials (com el liti, el manganès, el fosfat de ferro que substitueix el liti ternari) i l'optimització de processos (com la tecnologia CTP/CTC, la reducció dels components del mòdul), el cost de la bateria ha baixat de 5 CNY/Wh el 2015 a més de 20,52 CNY/1 l'any 2015 i s'espera més a 25,20 CNY/1,5 Wh baixar a 1 CNY/Wh en el futur.

2. Pràctica empresarial: Zhongchuang Feiyue - Centrant-se en la "revolució de l'intercanvi de bateries" dels vehicles elèctrics de dues rodes-

En el camp dels vehicles elèctrics de dues-rodes, l'aplicació de bateries de liti s'està actualitzant de "càrrega" a "canvi de bateries". Zhongchuang Feiyue (afiliat a Zhongchuang New Energy Technology Group) és una empresa representativa d'aquesta tendència. Les seves pràctiques bàsiques inclouen:

Solucions basades en-escenaris: proporcioneu bateries de liti d'alta-seguretat i de llarga-vida vida útil per a escenaris com ara bicicletes elèctriques compartides, lliurament instantani (portar per emportar, lliurament exprés) i viatges personals. Per exemple, la bateria dels vehicles de lliurament té una vida útil de més de 2000 vegades, satisfent la demanda diària d'autonomia de creuer de 100 km.

Model innovador d'intercanvi de bateries: Presentar el concepte de "canvi de bateries en lloc de carregar és més segur" i desplegar estacions d'intercanvi de bateries a més de 100 ciutats del país. Els usuaris poden completar el canvi de bateria en només 30 segons, solucionant els problemes de "càrrega lenta i riscos per a la seguretat de la càrrega" dels vehicles de dues rodes, que donen servei a més de 400 milions d'usuaris de viatges de dues-rodes.

Capacitat de producció i globalització: Amb una capacitat de producció anual de més de 5 GWh, els productes s'exporten a més de 10 països, adaptant-se als estàndards de tensió i a les condicions climàtiques de diferents països (p. ex., bateries de versió d'alta temperatura-per al sud-est asiàtic, que poden funcionar de manera estable en un entorn de 60 graus).

Conclusió: bateries de liti - El motor principal de la revolució energètica

Des dels telèfons mòbils fins als vehicles elèctrics, des de l'emmagatzematge d'energia fins a l'economia a baixa{0}}altitud, les bateries de liti s'han convertit en el motor principal de la revolució energètica. La seva evolució tecnològica no només està relacionada amb la millora del rendiment dels equips sinó també amb la realització de l'objectiu de "doble carboni" i la transformació de l'estructura energètica. En el futur, amb l'avenç de les bateries d'estat sòlid-i la tecnologia de càrrega ràpida, així com la reducció contínua de costos, les bateries de liti jugaran un paper en més camps (com ara l'exploració aeroespacial i-del mar profund), proporcionant un suport sòlid per al futur de l'energia verda humana.

Per als usuaris corrents, entendre els principis bàsics i els paràmetres de rendiment de les bateries de liti ens pot ajudar a utilitzar les bateries de manera més científica (com evitar la sobrecàrrega i la sobre{0}}descàrrega); Per als professionals de la indústria, comprendre les tendències tècniques i les necessitats dels escenaris és la clau per trobar oportunitats en el "nivell de cent-bilions-" de bateries de liti. Tant si sou un consumidor com si sou un practicant, la història de les bateries de liti encara continua.