O analiză cuprinzătoare a bateriilor cu litiu: de la elemente fundamentale la producție, structură, procese, aplicații și tendințe din industrie

Bateriile cu litiu au reprezentat de multă vreme „nucleul energetic” în sectoare precum electronicele de larg consum, vehiculele cu energie noi, sistemele de stocare a energiei și chiar economia la altitudine joasă-. De la dispozitive mici, cum ar fi telefoane mobile și laptopuri, până la echipamente la scară mare-, cum ar fi vehiculele electrice și centralele electrice de stocare a energiei, performanța acestora determină în mod direct rezistența, nivelul de siguranță și durata de viață a echipamentului. Acest articol dezasambla complet această componentă energetică critică, acoperind compoziția sa de bază, compararea avantajelor și dezavantajelor, sistemul de clasificare, terminologia profesională, regulile de denumire, precum și întregul proces de producție și practicile din industrie, dezvăluind misterele tehnice ale bateriilor cu litiu pentru dvs.

I. Compoziția de bază a bateriilor cu litiu: sinergia între „inima” și „creierul”

Funcționarea stabilă a unei baterii cu litiu se bazează pe sinergia a două sisteme majore: „alimentarea cu energie” și „controlul siguranței”. Mai exact, poate fi împărțit în două părți: celula bateriei și placa de protecție (sau BMS), fiecare având o funcție de neînlocuit.

1. Celula bateriei: „Inima energetică” a bateriilor cu litiu

Celula bateriei este miezul pentru stocarea și eliberarea energiei electrice, echivalent cu „inima” unei baterii cu litiu. Performanța sa determină în mod direct densitatea energiei, ciclul de viață și siguranța bateriei. Celula bateriei constă în principal din 5 componente cheie:

Material catodic: „Sursa” de ieșire de energie, care eliberează ioni de litiu în timpul descărcării. Materialele obișnuite includ oxid de litiu cobalt (LiCoO₂, folosit în electronice de larg consum, cum ar fi telefoanele mobile și laptop-uri, cu platformă de înaltă tensiune, dar cu siguranță slabă), fosfat de litiu de fier (LiFePO₄, utilizat în stocarea energiei și vehicule electrice, cu siguranță ridicată și durată de viață lungă), litiu ternar (LiNi₧Mn,_CoႵ{2}ₓₓCoႵ{2}ₓ,_CoႵ₧ₓ} vehicule, cu densitate mare de energie) și manganat de litiu (LiMn₂O₄, folosit la sculele electrice, cu costuri reduse, dar cu o stabilitate slabă la temperatură ridicată).

Materialul anodului: „Depozitul” pentru stocarea energiei, care adsorb ionii de litiu în timpul încărcării și îi trimite înapoi la catod în timpul descărcării. În prezent, grafitul este curentul principal (cu costuri reduse și stabilitate bună, reprezentând mai mult de 90% din piața materialului anodic). Noua generație de anozi pe bază de siliciu-(cu o capacitate teoretică de peste 10 ori mai mare decât cea a grafitului) este comercializată treptat, în timp ce anozii cu litiu metalic sunt încă în stadiul de cercetare și dezvoltare din cauza problemelor dendrite.

Electrolit: „Canalul” pentru migrarea ionilor de litiu, compus de obicei din sare de litiu (de exemplu, LiPF₆, care furnizează ioni de litiu), solvenți organici (de exemplu, carbonați, săruri de litiu dizolvate) și aditivi (îmbunătățirea ciclului de viață și siguranța). Puritatea și stabilitatea sa afectează direct performanța la temperatură ridicată și scăzută-și nivelul de siguranță al bateriei. De exemplu, umiditatea excesivă va reacționa cu sărurile de litiu pentru a genera gaze nocive, cauzând potențiale pericole de siguranță.

Separator: „Bariera de siguranță” dintre catod și anod, o peliculă polimerică poroasă (în mare parte polietilenă PE și polipropilenă PP). Nu numai că poate preveni contactul direct și scurtcircuitul între catod și anod, dar poate și permite trecerea ionilor de litiu. Separatoarele de-înaltă calitate trebuie să aibă o dimensiune uniformă a porilor, o rezistență mecanică suficientă și o stabilitate chimică. La temperaturi ridicate, pot bloca, de asemenea, transmisia ionilor prin „efectul de oprire” pentru a evita fuga termică.

Coajă: „Capacul de protecție” al celulei bateriei, împărțit în carcasă din aluminiu (baterii prismatice, cum ar fi bateriile pentru telefoane mobile), carcasă din oțel (baterii cilindrice, cum ar fi 18650) și folie compozită din aluminiu-plastic (baterii din husă, cum ar fi telefoanele mobile subțiri și dispozitivele portabile) în funcție de formă. Carcasa trebuie să aibă proprietăți rezistente la-explozie, rezistentă la-temperatură ridicată și rezistentă la coroziune-, în același timp să fie cât mai ușoară posibil pentru a îmbunătăți densitatea de energie a bateriei.

2. Placă de protecție: „Creierul de siguranță” al bateriilor cu litiu

Dacă celula bateriei este „inima energetică”, placa de protecție este „creierul de siguranță”, responsabilă de monitorizarea stării de încărcare și descărcare a bateriei pentru a evita riscuri precum supraîncărcare, supra-descărcare și scurtcircuit. Placa de protecție a bateriilor de putere este de obicei numită Sistem de management al bateriilor (BMS), cu o structură mai complexă, în timp ce placa de protecție a bateriilor de consum (cum ar fi bateriile pentru telefoane mobile) este relativ simplificată. Componentele de bază includ:

Cip de protecție/cip de management: unitatea de control de bază, care-monitorizează în timp real tensiunea, curentul și temperatura bateriei. Când sunt detectate anomalii (de exemplu, supraîncărcare cu o tensiune care depășește 4,2 V, supra-descărcare cu o tensiune sub 3,0 V), acesta declanșează mecanismul de protecție.

MOSFET: „Comutatorul” de curent, care întrerupe sau conduce circuitul de încărcare și descărcare sub instrucțiunile cipului. De exemplu, în timpul supraîncărcării, MOSFET-ul deconectează calea de încărcare pentru a evita deteriorarea celulei bateriei.

Rezistori și condensatori: Componente auxiliare, utilizate pentru eșantionarea curentului și filtrarea tensiunii pentru a asigura acuratețea datelor de detecție.

Placa PCB: „Transportul” componentelor, care integrează cipuri, MOSFET-uri și alte părți pentru a forma un sistem de circuit stabil.

PTC/NTC: Componente de protecție împotriva temperaturii. PTC (termistor cu coeficient de temperatură pozitiv) are o creștere bruscă a rezistenței la temperaturi ridicate pentru a limita curentul; NTC (termistor cu coeficient de temperatură negativ) detectează temperatura în timp real și oferă date despre temperatură pentru cip.

II. Avantajele și dezavantajele bateriilor cu litiu: de ce pot deveni sursa de energie principală?

Bateriile cu litiu pot înlocui bateriile cu plumb-acid, nichel-cadmiu și nichel-hidrură metalică pentru a deveni prima alegere în electronicele de larg consum și în noile domenii energetice, datorită avantajelor lor remarcabile de performanță, dar au și dezavantaje incontestabile. Putem înțelege mai intuitiv poziționarea bateriilor cu litiu printr-o comparație orizontală a patru tipuri de baterii principale:

1. Avantajele de bază: De ce sunt bateriile cu litiu de neînlocuit?

Densitate ridicată de energie: densitatea de energie gravimetrică este de 4-8 ori mai mare decât a bateriilor cu plumb-acid, iar densitatea energiei volumetrice este de 4-5 ori mai mare decât a bateriilor cu plumb-acid. Aceasta înseamnă că bateriile cu litiu pot stoca mai multă energie electrică sub aceeași greutate/volum. De exemplu, o baterie cu litiu pentru telefonul mobil cu o capacitate de 1900mAh cântărește doar aproximativ 20g, în timp ce o baterie plumb-acid cu aceeași capacitate cântărește mai mult de 1 kg, ceea ce este complet nepotrivit pentru dispozitivele portabile.

Ciclu lung de viață: bateriile cu litiu de-înaltă calitate pot realiza mai mult de 1500 de cicluri, iar bateriile cu litiu fosfat de fier pot depăși chiar 6000 de cicluri, în timp ce bateriile cu plumb-acid au doar 200-300 de cicluri. Luând ca exemplu vehiculele electrice, modelele echipate cu baterii cu litiu au o durată de viață a bateriei de 5-8 ani, depășind cu mult cei 1-2 ani ai bateriilor plumb-acid.

Ecologic și fără poluare-: Fără metale grele toxice, cum ar fi plumbul, mercurul și cadmiul, este ecologic pe tot parcursul ciclului de viață de producție, utilizare și casare, în conformitate cu tendința globală „dual carbon”. În schimb, poluarea cu plumb de la bateriile cu plumb-acid și poluarea cu cadmiu de la bateriile cu nichel-cadmiu au fost restricționate în multe țări.

Rată scăzută de{0}autodescărcare: Rata lunară de auto-descărcare este de numai 2%-9%, mult mai mică decât 20%-30% a bateriilor nichel-hidrură metalică. O baterie cu litiu pentru telefonul mobil încărcată complet poate păstra în continuare mai mult de 80% din putere după ce a fost inactivă timp de o lună, în timp ce o baterie nichel-hidrură metalică poate avea doar 50% din putere.

Platformă de înaltă tensiune: Tensiunea nominală a unei singure celule este de 3,2-3,7 V, echivalent cu tensiunea în serie a 3 baterii nichel-cadmiu/nichel-hidrură metalică. Poate îndeplini cerințele echipamentului fără conexiuni multiple în serie, simplificând designul pachetului de baterii.

2. Principalele deficiențe: Ce probleme mai trebuie rezolvate?

Cost ridicat: costul bateriei este de aproximativ 2,0-3,5 CNY pe Wh, de 2-5 ori mai mare decât al bateriilor cu plumb-acid. Deși scade treptat odată cu producția pe scară largă, este în continuare principalul element de cost al vehiculelor noi de energie și al sistemelor de stocare a energiei.

Adaptabilitate slabă la temperatură: Temperatura optimă de funcționare este de 0-45 grade. Când temperatura este sub 0 grade, capacitatea scade semnificativ (de exemplu, la -20 grade, capacitatea poate rămâne doar 50%); când temperatura este peste 60 de grade, există riscuri de siguranță. Trebuie configurate sisteme suplimentare de încălzire/răcire, crescând costurile și complexitatea.

Riscuri de siguranță: Electroliții lichizi sunt inflamabili. Dacă sistemul de protecție se defectează (cum ar fi supraîncărcare, perforare, extrudare), aceasta poate provoca fugă termică, ducând la incendiu și explozie. Prin urmare, bateriile cu litiu trebuie să fie echipate cu BMS sau plăci de protecție și nu pot fi folosite „negocite” precum bateriile cu plumb-acid.

Cerințe ridicate pentru încărcătoare: sunt necesare încărcătoare cu curent constant și tensiune constantă pentru a asigura un proces de încărcare stabil și pentru a evita supraîncărcarea, în timp ce bateriile cu plumb-acid au nevoie doar de un simplu regulator de tensiune, iar costul încărcător este mai mic.

III. Sistemul de clasificare al bateriilor cu litiu: Cum să alegi pentru diferite scenarii?

Există multe tipuri de baterii cu litiu, care pot fi împărțite în mai multe categorii în funcție de dimensiuni diferite. Bateriile de diferite categorii au diferențe semnificative de performanță și sunt potrivite pentru diferite scenarii. Stăpânirea logicii clasificării vă poate ajuta să înțelegeți mai bine „de ce bateriile cu litiu cobalt sunt folosite în telefoanele mobile și bateriile cu litiu fosfat de fier/litiu ternar sunt folosite în vehiculele electrice”.

1. După caracteristicile de încărcare și descărcare: bateriile primare vs bateriile secundare

Baterii primare (ne{0}}reîncărcabile).: Cunoscuți și ca baterii primare cu litiu, cum ar fi bateriile cu litiu cu dioxid de mangan (baterii buton CR2032, utilizate în telecomenzi și ceasuri) și baterii cu litiu-clorura de tionil (utilizate în dispozitivele Internet of Things și instrumentele medicale implantabile). Se caracterizează printr-o capacitate mare și o viață lungă de depozitare (până la 10 ani), dar nu pot fi reîncărcate și sunt aruncate după utilizare.

Baterii secundare (reîncărcabile).: Cunoscuți și sub denumirea de baterii de stocare, acestea sunt cele mai utilizate în viața de zi cu zi, cum ar fi bateriile pentru telefoane mobile și bateriile pentru vehicule electrice. Ele pot fi încărcate și descărcate în mod repetat de 500-1500 de ori. Miezul este reacția reversibilă a „migrației ionilor de litiu între catod și anod”, care este, de asemenea, punctul central al acestui articol.

2. După materialul catodic: determinarea performanței de bază a bateriilor

Aceasta este metoda de clasificare cea mai centrală, iar materialul catodului determină direct densitatea energiei, siguranța și costul bateriei:

Oxid de litiu cobalt (LiCoO₂): Densitate mare de energie (200-250Wh/kg), platformă de înaltă tensiune (3,7V), dar siguranță slabă și ciclu scurt de viață (500-800 cicluri), utilizate în principal în electronice de larg consum, cum ar fi telefoanele mobile și laptopurile.

Fosfat de fier de litiu (LiFePO₄): Siguranță extrem de ridicată (temperatura de evaporare termică depășește 200 de grade), ciclu de viață lung (1500{3}}6000 de cicluri), cost redus, dar densitate energetică scăzută (120-180Wh/kg), utilizat în principal în sistemele de stocare a energiei, autobuze electrice și vehicule electrice de gamă joasă.

Litiu ternar (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Densitate mare de energie (200-300Wh/kg), performanță bună la temperatură joasă-, dar siguranță medie și cost ridicat. Este împărțit în NCM523, NCM622 și NCM811 în funcție de conținutul de nichel (cu cât conținutul de nichel este mai mare, cu atât densitatea de energie este mai mare), utilizat în principal în vehicule electrice și drone de ultimă generație.

Manganat de litiu (LiMn₂O₄): cost redus, stabilitate bună la-temperatură ridicată, dar densitate redusă de energie (100-150Wh/kg) și durată scurtă de viață (300-500 de cicluri), utilizate în principal la sculele electrice și vehiculele electrice cu viteză redusă.

3. După formă: adaptarea la diferite spații de echipamente

Baterii cilindrice: Cum ar fi 18650 (18 mm în diametru, 65 mm în înălțime) și 21700 (21 mm în diametru, 70 mm în înălțime), cu structură stabilă și eficiență ridicată a producției de masă, utilizate în principal la laptopuri și vehicule electrice (de exemplu, primele modele ale Tesla au folosit 18650, iar ulterior au trecut la 21700).

Baterii prismatice: Cum ar fi bateriile pentru telefoane mobile (3-5mm grosime, 40-60mm în lățime) și bateriile pentru vehicule electrice (10-20mm în grosime, 100-200mm în lățime), cu o rată mare de utilizare a spațiului și pot fi personalizate în funcție de dimensiunea echipamentului, care este forma curentă a vehiculelor electrice în prezent.

Husă Baterii: Încapsulate cu folie compozită din aluminiu-plastic, acestea pot fi făcute ultra-subțiri (0,5-2 mm în grosime) și flexibile, utilizate în principal în telefoane mobile subțiri, dispozitive portabile (cum ar fi ceasurile inteligente) și telefoane mobile pliabile.

4. După starea electrolitului: lichid vs polimer

Baterii litiu-ion (LIB): Folosind electroliți lichizi, cu densitate mare de energie și cost redus, dar există riscul de scurgere. Majoritatea bateriilor cilindrice și prismatice hard-care aparțin acestei categorii.

Baterii cu litiu polimer (PLB): Folosind gel sau electroliți solizi, fără risc de scurgere și poate fi deformat în mod flexibil. Majoritatea bateriilor tip husă aparțin acestei categorii, utilizate în principal în electronicele de larg consum.

5. După aplicație: baterii obișnuite vs baterii de putere

Baterii obișnuite: Folosit în electronice de larg consum, cum ar fi telefoanele mobile și laptopurile, cu capacitate mică (1000mAh-10Ah) și rata scăzută de descărcare (0,5-2C), necesitând o densitate mare de energie.

Baterii de alimentare: Folosit în vehicule electrice și drone, cu capacitate mare (50Ah-500Ah) și cu o rată mare de descărcare (5-30C), necesitând să reziste la descărcări mari de curent (de exemplu, atunci când mașina accelerează), necesitând siguranță și durată de viață mai mare.

IV. Terminologia esențială a bateriilor cu litiu: concepte distinctive de la capacitate la SOC

Când cumpărați sau utilizați baterii cu litiu, veți întâlni adesea termeni precum „capacitate”, „C-rata” și „SOC”. Înțelegerea acestor concepte vă poate ajuta să evaluați cu exactitate performanța bateriei și să evitați să fiți induși în eroare de „parametri marcați în mod fals”.

1. Capacitate: Câtă energie electrică poate stoca o baterie?

Definiţie: cantitatea de energie electrică pe care o baterie o poate elibera în anumite condiții de descărcare, calculată prin formula Q=I×t (I este curent, t este timpul), cu unități de Ah (amperi-oră) sau mAh (miliamperi-oră).

Explicație simplă: 1 Ah înseamnă că bateria se poate descărca la curent de 1 A timp de 1 oră, iar 1 mAh înseamnă că se poate descărca la curent de 1 mA timp de 1 oră. De exemplu, o baterie a unui telefon mobil cu 1900mAh înseamnă că se poate descărca la un curent de 190mA timp de 10 ore.

Scenarii comune: baterii telefon mobil: 800-1900mAh; biciclete electrice: 10-20Ah; vehicule electrice: 20-200Ah; acumulatori de energie: 100-1000Ah.

2. Rata de încărcare/descărcare (rata C-): Cât de rapid este încărcarea/descărcarea?

Definiţie: curentul de încărcare/descărcare exprimat ca multiplu al capacității nominale a bateriei. 1C este curentul pentru „încărcare/descărcare completă în 1 oră”.

Metoda de calcul: Dacă capacitatea bateriei este de 1500 mAh, 1C=1500mA, 2C=3000mA (descărcat complet în 0,5 ore), 0,1C=150mA (descărcat complet în 10 ore).

Note: Cu cât rata de descărcare este mai mare, cu atât capacitatea reală a bateriei este mai mică (de exemplu, capacitatea la descărcarea 2C poate fi doar 80% din cea la descărcarea 1C) și cu atât generarea de căldură este mai gravă. Prin urmare, bateriile de putere trebuie să aibă o capacitate de descărcare-înaltă (de exemplu, vehiculele electrice necesită mai mult de 5°C).

3. Tensiune (OCV): „Platforma de tensiune” a bateriilor

Tensiune nominală: Tensiunea nominală a bateriei. Bateriile obișnuite cu litiu sunt de 3,2-3,7 V (oxid de litiu cobalt: 3,7 V; fosfat de litiu de fier: 3,2 V), care este un indicator important al performanței bateriei.

Tensiune în circuit deschis (OCV): Tensiunea bateriei atunci când nu este conectată nicio sarcină, care poate fi utilizată pentru a evalua starea bateriei (de exemplu, OCV al unei baterii cu oxid de litiu-cobalt încărcate complet este de aproximativ 4,2 V și de aproximativ 3,0 V când nu este alimentată).

Platforma de tensiune: Gama de tensiune stabilă în timpul încărcării și descărcării bateriei (de obicei 20%-80% din capacitate), unde tensiunea se modifică puțin. De exemplu, platforma de tensiune a bateriilor cu oxid de litiu cobalt este de 3,6-3,9 V, care este, de asemenea, intervalul normal de tensiune de lucru al echipamentului.

4. Energie și putere: Cât timp poate fi folosit? Câtă putere poate scoate?

Energie: Energia electrică totală pe care o poate stoca bateria, calculată prin formula E=U×Q (U este tensiunea, Q este capacitatea), cu unități de Wh (watt-oră) sau kWh (kilowatt-oră, 1kWh=1 grad de energie electrică). De exemplu, o baterie de telefon mobil cu 1900 mAh și 3,7 V are o energie de 3,7 V×1,9 Ah=7.03Wh.

Putere: Energia pe care o poate produce bateria pe unitatea de timp, calculată prin formula P=U×I, cu unități de W (watt). Puterea determină „puterea de explozie” a echipamentului. De exemplu, vehiculele electrice au nevoie de baterii de-cu putere mare atunci când accelerează, în timp ce telefoanele mobile au nevoie doar de baterii de-cu putere redusă.

5. Ciclu de viață: De câte ori poate fi încărcată și descărcată o baterie?

Definiţie: O încărcare și descărcare a bateriei este un ciclu. Când capacitatea scade la 60%-70% din capacitatea inițială, se consideră sfârșitul vieții.

Test standard: Standardul IEC stipulează că bateriile cu litiu pentru telefoane mobile descărcate la 3,0V la 0,2C și încărcate la 4,2V la 1C ar trebui să aibă o capacitate mai mare sau egală cu 60% după 500 de cicluri; standardul național prevede că capacitatea să fie mai mare sau egală cu 70% după 300 de cicluri.

Sugestie de utilizare: Evitați încărcarea și descărcarea profundă (de exemplu, nu încărcați la 100% sau descărcați la 0% de fiecare dată), ceea ce poate prelungi durata de viață a ciclului. De exemplu, menținerea bateriei telefonului mobil la 20%-80% din putere poate prelungi durata de viață la mai mult de 1000 de cicluri.

6. Adâncimea de descărcare (DOD) și starea de încărcare (SOC): Câtă putere rămâne în baterie?

DOD: Procentul dintre capacitatea descarcata fata de capacitatea nominala. De exemplu, dacă capacitatea descărcată este de 500 mAh și capacitatea nominală este de 1000 mAh, DOD=50%. Cu cât DOD este mai adânc, cu atât durata de viață a bateriei este mai scurtă.

SOC: procentul dintre capacitatea rămasă față de capacitatea nominală. 0% înseamnă lipsă de energie, iar 100% înseamnă încărcat complet. BMS evaluează puterea rămasă a bateriei prin SOC, iar afișarea puterii telefonului mobil este calculată pe baza SOC.

7. Cut-tensiunea de oprire: „Linia roșie” de încărcare/descărcare

Tensiune de întrerupere a încărcării-: Tensiunea la care bateria nu poate fi încărcată în continuare. Pentru bateriile cu oxid de litiu cobalt, este de 4,2 V; pentru bateriile cu litiu fosfat de fier, este de 3,65 V. Depășirea acestei tensiuni va cauza deteriorarea celulei bateriei și evadarea termică.

Tensiune de întrerupere-descărcare: Tensiunea la care bateria nu poate fi descărcată în continuare. Pentru bateriile cu oxid de litiu cobalt, este de 3,0 V; pentru bateriile cu litiu fosfat de fier, este de 2,5 V. Sub această tensiune va provoca daune ireversibile anodului, iar capacitatea nu poate fi recuperată.

8. Rezistența internă: „Pierderea invizibilă” a bateriilor

Definiţie: Rezistența din interiorul bateriei care împiedică curgerea curentului, cu unități de mΩ (miliohm), împărțită în rezistență internă ohmică (cauzată de materiale și structură) și rezistență internă de polarizare (cauzată de reacții electrochimice).

Impact: Cu cât rezistența internă este mai mică, cu atât eficiența de încărcare și descărcare a bateriei este mai mare și cu atât generarea de căldură este mai mică. De exemplu, rezistența internă a bateriilor de putere trebuie să fie controlată sub 50mΩ, în caz contrar, va avea loc generarea severă de căldură în timpul descărcării cu curent-înalt.

V. Reguli de denumire a bateriilor cu litiu: înțelegerea dimensiunilor din modele

Denumirea bateriilor cu litiu variază între diferiți producători, dar bateriile generale urmează standardul IEC61960. Tipul și dimensiunea bateriei pot fi apreciate după model pentru a evita cumpărarea unui model greșit.

1. Baterii cilindrice: 3 litere + 5 cifre

Sensul literei: Prima literă indică materialul anodului (I=construit-în litiu ion, L=litiu metal); a doua literă indică materialul catodului (C=cobalt, N=nichel, M=mangan, V=vanadiu); a treia literă=R (cilindric).

Semnificația numărului: primele 2 numere=diametrul (mm), ultimele 3 numere=înălțimea (mm).

Exemple: ICR18650 - I (anod litiu ion), C (catod oxid de litiu cobalt), R (cilindric), 18 mm în diametru, 65 mm în înălțime, cea mai comună baterie pentru laptopuri și vehicule electrice; INR21700 - I (anod de ioni de litiu), N (catod pe bază de{-nichel, litiu ternar), R (cilindric), 21 mm în diametru, 70 mm în înălțime, cu o capacitate cu 50% mai mare decât 18650, utilizat în Tesla Model 3.

2. Baterii prismatice: 3 litere + 6 cifre

Sensul literei: Primele două litere sunt aceleași cu cele ale bateriilor cilindrice, a treia literă=P (prismatică).

Semnificația numărului: primele 2 numere=grosime (mm), cele 2 numere din mijloc=lățime (mm), ultimele 2 numere=înălțime (mm).

Exemple: ICP053353 - I (anod de ioni de litiu), C (catod de oxid de litiu cobalt), P (prismatic), 5 mm în grosime, 33 mm în lățime, 53 mm în înălțime, o baterie tipică pentru telefonul mobil; IFP101520 - I (anod de ioni de litiu), F (catod pe bază de-fier, fosfat de fier de litiu), P (prismatic), 10 mm grosime, 15 mm lățime, 20 mm înălțime, folosit la ceasurile inteligente.

VI. Întregul proces de producție al bateriilor cu litiu: străduința pentru excelență în fiecare pas de la materiale la celule

Producția de baterii cu litiu este un proces complex și extrem de automatizat, care implică trei legături majore: procese front-, middle- și back-end-. Controlul de precizie al fiecărei legături afectează în mod direct performanța și siguranța bateriei, cunoscută sub numele de „combinația industriei chimice fine și a producției de precizie”.

1. Proces frontal-: fabricarea foii de electrozi (cheia pentru determinarea capacității bateriei)

Amestecarea nămolului: Se amestecă materiale active catodice (de exemplu, LiCoO₂), agenți conductivi (negru de fum), lianți (PVDF) și solvenți (NMP) într-un mixer sub vid pentru a forma o suspensie uniformă; același lucru este valabil și pentru anod, cu grafitul ca material activ, CMC/SBR ca liant și apa ca solvent. Cerință de bază: suspensia trebuie să fie uniformă, fără particule, în caz contrar, va duce la o capacitate neuniformă.

Acoperire: Acoperiți uniform pasta de catod/anod pe colectorul de curent (folie de aluminiu pentru catod, folie de cupru pentru anod), controlând grosimea acoperirii (±1μm) și densitatea suprafeței (greutatea materialului activ pe unitate de suprafață). Cerință de bază: Acoperirea trebuie să fie uniformă, în caz contrar, va provoca încălzire locală și atenuarea capacității bateriei.

Uscare: Evaporați solventul (NMP sau apă) într-un cuptor, cu temperatura controlată la 80-120 de grade. Viteza și viteza vântului trebuie să fie precise pentru a evita crăparea și ondularea stratului.

Calandrare: Apăsați la rece-foile de electrozi uscate cu un calandru de precizie pentru a crește densitatea acoperirii (reduce porozitatea), a îmbunătăți densitatea de energie și a asigura o grosime uniformă (±0,5μm).

Taiere: Tăiați longitudinal foile largi ale electrozilor în benzi înguste de lățimea necesară, evitând bavurile (bavurile vor cauza scurtcircuite).

Sudarea cu tablă: Sudați urechile metalice (lamele de aluminiu pentru catod, urechi de nichel pentru anod) în pozițiile specificate pe foile electrodului ca puncte de extracție a curentului. Calitatea sudurii trebuie să asigure lipsa îmbinărilor de lipire la rece sau sudură falsă.

2. Procesul final-mijloc: asamblarea celulei (cheia pentru determinarea siguranței bateriei)

Înfășurare/Stivuire: Stivuiți catodul, separatorul și anodul în ordinea „separatorului - anod - separator - catod”, și înfășurați-le în celule cilindrice/prismatice cu o mașină de bobinat (tip bobinat) sau stivuiți-le în celule prismatice cu o mașină de stivuire (tip stivuit). Tipul stivuit are o rată mai mare de utilizare a spațiului și o rezistență internă mai mică, dar eficiență scăzută; tipul plăgii are eficiență ridicată și este potrivit pentru producția de masă.

Carcasă/încapsulare: Puneți celule cilindrice/prismatice dur-în carcase metalice (carci din oțel/aluminiu); puneți celulele pungii în carcase de film compozit de aluminiu-plastic.

Coacerea: Puneți celulele încapsulate într-un cuptor cu vid și coaceți la 80-120 de grade timp de 4-8 ore pentru a elimina complet umiditatea din celule (conținutul de umiditate trebuie controlat sub 50 ppm), altfel, va reacționa cu electrolitul pentru a genera gaze nocive.

Injecție cu electroliți: Injectați o cantitate măsurată cu precizie de electrolit în celule într-o cameră uscată cu un punct de rouă sub -40 de grade. Electrolitul trebuie să se infiltreze complet în foile electrozilor și separatoarele. Eroarea cantității de injectare trebuie controlată cu ± 0,1 g, în caz contrar, va afecta capacitatea bateriei.

Etanșare: Aspirați căldura-sigillați portul de injectare a electrolitului din celulele pungii; etanșați orificiul de injecție a electrolitului celulelor-dur cu bile de oțel (cilindrice) sau cuie de etanșare (prismatice) și asigurați etanșeitatea la aer prin sudare cu laser (scurgerea de aer va cauza volatilizarea electrolitului și atenuarea capacității).

3. Procesul de final-back: formare și testare (verificarea produselor calificate)

Formare: Încărcați celulele pentru prima dată pentru a forma o peliculă stabilă de interfață cu electroliți solidi (SEI) pe suprafața anodului, care permite trecerea ionilor de litiu, dar blochează electronii, ceea ce este cheia ciclului de viață și a siguranței bateriei. Curentul de încărcare este mic (0,1-0,2C) iar timpul este lung (8-12 ore).

Îmbătrânire: Lăsați celulele formate să stea la temperatura camerei sau la temperatură ridicată (45 grade ) timp de 3-7 zile pentru a stabiliza filmul SEI și eliminați celulele defecte cu auto-descărcare excesivă (de exemplu, celulele cu cădere de tensiune care depășește 50 mV).

Gradul de capacitate: Efectuați teste standard de încărcare-descărcare pe celulele vechi (încărcarea la tensiunea limită superioară, descărcarea la tensiunea limită inferioară), măsurați capacitatea reală și gradul în funcție de capacitate (de exemplu, gradul A: 4950-5050mAh, gradul B: 4850-4950mAh) pentru a asigura capacitatea constantă a celulelor din același grup.

Triere: Clasificați celulele în funcție de parametri precum capacitatea, tensiunea în circuit deschis și rezistența internă și eliminați produsele defecte (de exemplu, celulele cu rezistență internă excesivă și capacitate insuficientă).

Testarea aspectului și performanței: Verificați aspectul celulelor (fără zgârieturi, scurgeri sau deformare), efectuați rezistența de izolație, rezistența internă AC și teste de scurtcircuit pentru a vă asigura că performanța de siguranță îndeplinește standardele.

VII. Tendințele din industrie și practicile întreprinderilor: unde este viitorul bateriilor cu litiu?

Odată cu dezvoltarea rapidă a noii industrii energetice, tehnologia bateriilor cu litiu continuă să pătrundă și au apărut o serie de întreprinderi care se concentrează pe domenii segmentate, promovând extinderea bateriilor cu litiu din domeniul „electronice de consum” în domeniul „industrial și energetic”.

1. Tendințe tehnologice: de la lichid la solid, de la capacitate mare la siguranță ridicată

Baterii cu stare solidă-: Înlocuiți electroliții lichizi și separatorii cu electroliți solizi, îmbunătățind considerabil siguranța (fără scurgeri sau risc de evaporare termică), cu o densitate de energie de până la 400-600Wh/kg (de două ori față de bateriile cu litiu existente), care pot suporta vehicule electrice cu o autonomie de croazieră de peste 1000 km. În prezent, bateriile semi-solide (cu un conținut de electroliți de 5%-10%) au intrat în faza de producție în masă (de exemplu, versiunea bateriei semi{-solide NIO ET7) și se preconizează că toate-bateriile cu stare solidă vor fi produse în serie în jurul anului 2030.

Tehnologie de încărcare rapidă: Obțineți „încărcare de 80% în 10 minute” prin optimizarea materialelor (cum ar fi anozi pe bază de siliciu-, electroliți de încărcare rapidă-) și design structural. De exemplu, bateria super-de încărcare S4 echipată pe Xpeng G9 poate încărca 400 km în 10 minute.

Reducerea costurilor: Prin producție pe scară largă-(capacitatea globală de producție a bateriilor cu litiu a depășit 2 TWh), inovații materiale (cum ar fi fosfatul de fier cu litiu, mangan, înlocuind litiul ternar) și optimizarea proceselor (cum ar fi tehnologia CTP/CTC, reducerea componentelor modulelor), costul bateriei a scăzut de la 5 CNY/Wh în 2015 și la 25 CNY/Wh în 2015 și este de așteptat la 25 CNY/1 în 2015 la scade la 1 CNY/Wh în viitor.

2. Practică de întreprindere: Zhongchuang Feiyue - Concentrându-se pe „Revoluția de schimbare a bateriei” a vehiculelor electrice cu două-roți

În domeniul vehiculelor electrice cu două-roți, aplicarea bateriilor cu litiu trece de la „încărcare” la „schimbarea bateriilor”. Zhongchuang Feiyue (afiliată la Zhongchuang New Energy Technology Group) este o întreprindere reprezentativă pentru această tendință. Practicile sale de bază includ:

Soluții bazate pe scenarii-: Furnizați baterii cu litiu de{0}}siguranță ridicată și-de lungă durată de viață pentru scenarii precum biciclete electrice comune, livrare instantanee (la pachet, livrare rapidă) și călătorii personale. De exemplu, bateria vehiculelor de livrare are o durată de viață de peste 2000 de ori, îndeplinind cererea zilnică de autonomie de croazieră de 100 km.

Model inovator de schimbare a bateriei: Propuneți conceptul „schimbarea bateriei în loc de încărcare este mai sigură” și instalați stații de schimb de baterii în mai mult de 100 de orașe din țară. Utilizatorii pot finaliza schimbarea bateriei în doar 30 de secunde, rezolvând problemele legate de „încărcarea lentă și pericolele de siguranță la încărcare” ale vehiculelor cu două-roți, care deservesc peste 400 de milioane de utilizatori de călătorii cu două-roți.

Capacitatea de producție și globalizarea: Cu o capacitate de producție anuală de peste 5 GWh, produsele sunt exportate în mai mult de 10 țări, adaptându-se la standardele de tensiune și condițiile climatice ale diferitelor țări (de exemplu, baterii cu versiune cu temperatură înaltă-pentru Asia de Sud-Est, care pot funcționa stabil în mediu de 60 de grade).

Concluzie: baterii cu litiu - Motorul central al revoluției energetice

De la telefoane mobile la vehicule electrice, de la stocarea energiei la economie la altitudine joasă-, bateriile cu litiu au devenit motorul central care conduce revoluția energetică. Evoluția lor tehnologică nu este legată doar de îmbunătățirea performanței echipamentelor, ci și de realizarea scopului „dual carbon” și de transformarea structurii energetice. În viitor, odată cu descoperirea bateriilor cu stare solidă-și a tehnologiei de încărcare rapidă, precum și a reducerii continue a costurilor, bateriile cu litiu vor juca un rol în mai multe domenii (cum ar fi explorarea aerospațială și-de adâncime), oferind un sprijin solid pentru viitorul energiei verzi umane.

Pentru utilizatorii obișnuiți, înțelegerea principiilor de bază și a parametrilor de performanță ai bateriilor cu litiu ne poate ajuta să folosim bateriile în mod mai științific (cum ar fi evitarea supraîncărcării și supra-{0}}descărcării); pentru practicienii din industrie, înțelegerea tendințelor tehnice și a nevoilor scenariilor este cheia pentru a găsi oportunități pe „pistul de sută-miliard-” de baterii cu litiu. Indiferent dacă sunteți un consumator sau un practician, povestea bateriilor cu litiu continuă.