סוללת Li-ion טכנולוגיה חדשה

סוללת Li-ion טכנולוגיה חדשה: התמקדות בצילינדרים גדולים, ליבות ארוכות והזדמנויות חדשנות אחרות

1. פיתוח סוללה: טעינה מהירה במיוחד, בטיחות וביצועים אחרים הם הכיוון העיקרי; התמקדות בגלילים גדולים, בתאים ארוכים ובחידושים מבניים אחרים

1.1 מגמות ביצועי סוללה: פריסת מפעל הסוללה עם יחס אנרגיה גבוה, טעינה מהירה במיוחד ובטיחות וכיוונים טכניים אחרים

Ningde Time, BYD ומפעלי סוללות ליבה אחרים מתפרשים בכיוון של יחס אנרגיה גבוה, טעינה סופר מהירה וטכנולוגיות בטיחות סוללות, ומסלול המימוש כולל חדשנות מבנית, חדשנות חומרים וכו'.

    Ningde Times, מפעל הסוללות המוביל, קבע שישה כיוונים כמו יחס אנרגיה גבוה, טעינה סופר מהירה ובטיחות אמיתית, וסוגי הטכנולוגיות כוללים חדשנות מבנית, חדשנות חומרים וחדשנות ניהולית. על פי האתר הרשמי של Ningde Times, אנו יכולים לראות ש- Ningde Times פרסמה שישה כיוונים של חדשנות מבנית, חדשנות חומרית וחדשנות ניהולית, שהם אנרגיה ספציפית גבוהה, חיים ארוכים, טעינה מהירה במיוחד, בטיחות אמיתית, עצמית. בקרת טמפרטורה וניהול חכם. קחו לדוגמה טעינה סופר מהירה, הטעינה הסופר מהירה של Ningde Time מתייחסת לטעינה המהירה ביותר של 5 דקות עד 80%, מבחינת מבנה, מוטות רב-שיפוע ושיטת רב-אוזניים מאומצות, במיוחד:① חתיכת מוט רב-שיפוע: על ידי ויסות חלוקת השיפוע של המבנה הנקבובי של חלק המוט, השכבה העליונה של מבנה נקבוביות גבוהה, השכבה התחתונה של מבנה צפיפות מוצק בלחץ גבוה, תוך התחשבות מושלמת בליבה הכפולה של צפיפות אנרגיה גבוהה ו טעינה מהירה במיוחד;② רב-אוזניים: פיתוח חלל רב-ממדי (2) רב-שכבתי: פיתוח טכנולוגיית זיז החלל רב-ממדית, המשפרת מאוד את יכולת הנשיאה הנוכחית של עמוד המוט ופורצת את צוואר הבקבוק הטכני של עליית טמפרטורה גבוהה של הסוללה. תא במהלך טעינה ישירה של 500A.

1.2 חדשנות מסוג חדש של סוללה/מבנה: תאים גדולים גליליים, ארוכים וכו' הם כיווני פריסה חשובים למפעלי סוללות

סירקנו את צורת הסוללה, התקדמות הייצור ההמוני, מדד הביצועים והמאפיינים המועילים של מפעלי סוללות גדולים, אשר פורסים באופן אקטיבי צורות סוללות חדשות כגון צילינדרים גדולים ותאים ארוכים. קח כדוגמה את ה-Honeycomb Energy, הדור השני של תא דק ארוך למינציה L600 השלים פיתוח וצפוי להגיע לייצור המוני ב-Q3 2022; במונחים של מדד ביצועים, הקיבולת של תא יחיד L600 גדלה ל-196Ah, צפיפות האנרגיה היא יותר מ-185wh/kg וצפיפות האנרגיה בנפח היא יותר מ-430wh/L, שיש לו תכונות יתרון כמו תאימות גבוהה, יכולת הסתגלות גבוהה, בטיחות גבוהה וחיים ארוכים.

(2) גליליים גדולים: טסלה, BAK, EVERLIGHT ומפעלי סוללות אחרים מניחים סוללות גליליות גדולות. קח את טסלה כדוגמה, סוללת 4680 מאמצת חומר קתודה ניקל גבוה + פחמן סיליקון וטכנולוגיית זיזים ללא אלקטרודות, עם צפיפות אנרגיה של 300Wh/kg, קיבולת הסוללה גבוהה פי 5 מהפתרון הנוכחי 2170, והספק המוצא הוא גבוה פי 6. בנוסף, יש לו יתרונות בצפיפות האנרגיה, הספק ויעילות הטעינה.

2. גלילי גדול: יישומי לייזר צפויים לגדול; דרישות דיוק ציוד גבוהות

2.1 סוללה גלילית גדולה: קח את Tesla 4680 כדוגמה, חידושים טכניים כגון אלקטרודה יבשה וזיז ללא אלקטרודות ראויים לתשומת לב

על פי המאמר, סוללת 4680 הגלילית היא חידוש מבני נוסף של הסוללה הגלילית מהקטנה יותר מ-1865 ועד 2170. בהשוואה לסוללת 2170 ששימשה בעבר, סוללת 4680 מפחיתה משמעותית את ייצור החום, פותרת את בעיית פיזור החום של צפיפות אנרגיה גבוהה תאים, ומגדיל את שיא הספק הטעינה והפריקה, ובסופו של דבר הופכים את סוללת ה-4680 לפי 5 יותר אנרגיה ופי 6 יותר מהסוללה של 2170, תוך הפחתת העלות ב-14% והגדלת הטווח ב-16%.

במונחים של חדשנות מבנית ותהליך ייצור, ל-4680 יש שלושה חידושים טכנולוגיים עיקריים בהשוואה לסוללות קודמות - תהליך אלקטרודה יבשה, ללא זיזים (כל זיז) וטכנולוגיית CTC - אשר הביאו לעלויות ייצור תאים נמוכות יותר ולשיפורי ביצועים גדולים יותר. קח את הטכנולוגיה ללא זיזים כדוגמה, עיצוב תא 4680 הופך את כל הקולט לזיזים, הנתיב המוליך אינו תלוי יותר בזיזים, והעברת הזרם משתנה מהילוכים רוחביים לאורך הזיזים לצלחת הקולט להעברת אורך ב האספן, מה שמפחית את ההתנגדות ל-2 מטרΩ וצריכת ההתנגדות הפנימית מ-2W ל-0.2W.

2.2 תהליך אלקטרודה יבש: עלות נמוכה בהשוואה לתהליך רטוב מסורתי, הליבה טמונה בניסוח אלקטרודות וציוד שחול סרט

טכנולוגיית האלקטרודה היבשה של מקסוול מתאימה לכימיה עכשווית של סוללות ליתיום וחומרי אלקטרודה חדשים ומתקדמים, לא נעשה שימוש בממס בתהליך הייצור, וניתן להרחיב אותה לייצור רול-לגליל, וטכנולוגיית הליבה היא ניסוח אלקטרודות ויצירת סרט ציוד אקסטרוזיה.

(1) לפי המאמר "Dry Electrode Coating Technology" מאת Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, טכנולוגיית האלקטרודות היבשות של מקסוול מורכבת משלושה שלבים: (i) ערבוב אבקה יבשה, (ii) יציקת אבקה לציפוי דק, (iii) ) ציפוי דק ולחיצת איסוף נוזלים, כל שלושת השלבים נטולי ממסים. תהליך האלקטרודות היבשות של מקסוול ניתן להרחבה לכימיה הנוכחית של סוללת ליתיום-יון ולחומרי אלקטרודות סוללה מתקדמים חדשים; באופן ספציפי, התהליך היבש הקנייני של מקסוול משמש לערבב את האבקה ליצירת תערובת אבקה סופית של חומרים פעילים, קלסרים ותוספים מוליכים, אשר מופקת ומקלנדרת לצורה. סרט אלקטרודה מצופה שניתן גם לכרוך לגלילים. לבסוף, שכבת האלקטרודה הדקה נלחצת יחד עם נוזל האספן ליצירת אלקטרודת הסוללה.

(2) מבחינת יתרונות, על פי המאמר "טכנולוגיית ציפוי אלקטרודות יבשה" מאת Hieu Duong, Joon Shin & Yudi Yudi, ניתן ליישם את תהליך האלקטרודה היבשה של Maxwell על חומרי סוללה קלאסיים ומתקדמים וניתן להרחיב אותו ל-Reel-to ייצור סלילים בהשוואה לאלקטרודות רטובות מסורתיות. (3) במונחים של טכנולוגיית הליבה, על פי Battery World Online, טכנולוגיית הליבה של תהליך האלקטרודות היבשות של מקסוול היא ניסוח האלקטרודות וטכנולוגיית שחול וציוד ליצירת סרטים.

בנוסף, אלקטרודות יבשות ניתנות למימוש בשיטות שונות כגון לייזר דופק ותצהיר קפיצי, אשר דורשות תהליך חישול סרט נוסף בהשוואה לתהליכי אלקטרודה רטובה ומקסוול יבשה. על פי המאמר "ייצור ללא ממסים של אלקטרודות לסוללות ליתיום-יון" מאת Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, בניגוד לתהליך הכנת האלקטרודות הרטובות, ניתן לייצר אלקטרודות יבשות באמצעות שקיעת לייזר דופקת. ניתן להגיע לתהליך האלקטרודה היבשה בשיטות שונות כגון לייזר דופק ותצהיר קפיצי, אשר אינו מצריך ייבוש, אך מצריך חישול סרט דק נוסף בשל הטמפרטורה הגבוהה הנגרמת על ידי שקיעת לייזר פועם. תהליך הכנת האלקטרודות המוצע במאמר זה הוא כדלקמן.

(1) תהליך הכנת אלקטרודות רטובות① תהליך יציקת הדבק: אלקטרודות סוללת ליתיום מיוצרות על ידי יציקת משחה (המכילה חומר פעיל בממס, פחמן מוליך ומקשר) על אספן מתכת. הקלסר הנפוץ ביותר הוא PVDF (מומס מראש בממס ה-NMP), ואת התמיסה המתקבלת מערבבים ויוצקים על הקולט, אותו יש לייבש כדי לאדות את הממס כדי לייצר אלקטרודה נקבובית יבשה. הייבוש אורך זמן רב, בדרך כלל 12-24 שעות ב-120תוֹאַרג. כמו כן, מכיוון ש-NMP הוא יקר ומזהם, יש להתקין מערכת התאוששות לשחזור ה-NMP המתאדה במהלך תהליך הייבוש (הוספת השקעת הון משמעותית).

שקיעת ריסוס אלקטרוסטטית על בסיס ממס: חומר אלקטרודה מיושם על האספן באמצעות שקיעת ריסוס אלקטרוסטטי על בסיס ממס, כלומר, החומר המושקע עובר אטום בזרבובית ומוחל על הקולט; אלקטרודות הבנויות בצורה זו מפגינות תכונות דומות לאלקטרודות יציקות תרחיץ, עם החיסרון הדומה של צורך בתהליך ייבוש אינטנסיבי הדורש גם זמן ואנרגיה (שעתיים ב-400תוֹאַרג). סוללות ליתיום מיוצרות גם בטכניקת התזה, שבה כל מכלול אלקטרודות מותז על פני השטח הרצוי באמצעות ציפוי מבוסס NMP, שעדיין דורש אידוי ממס.

(2) תהליך הכנת האלקטרודות היבשות מושג על ידי שיטות שונות כגון לייזר דופק ותצהיר מקרטעת. שקיעת לייזר פעימה מושגת על ידי מיקוד לייזר על מטרה המכילה את החומר שיש להפקיד, וברגע שהלייזר פוגע במטרה, החומר מתאדה ומופקד על האספן; למרות שלא נעשה שימוש בממס, הסרט המושקע חייב לעמוד בטמפרטורות של 650-800תוֹאַרC, בעוד שקביעת קיצוץ מגנטרונים יכולה להפחית את טמפרטורת החישול הנדרשת ל-350תוֹאַרג. שיטה זו מייצגת את ייצור אלקטרודות תאים יבשים, אך קצב התצהיר איטי ודורש חישול בטמפרטורה גבוהה.

תהליך האלקטרודה היבש הוא פחות יקר מהתהליך הרטוב המסורתי, בעיקר במונחים של עלות עבודה, השקעת ציוד ושטח מפעל. על פי המאמר "ייצור ללא ממסים של אלקטרודות לסוללות ליתיום-יון" מאת Brandon Ludwig, Zhangfeng Zheng, Wan Shou, Yan Wang & Heng Pan, למשל, תרחיש עיצוב סוללות 1. לדוגמה, ייצור האלקטרודות היבשות הוא 21.6% , 14.2% ו-13.1% פחות בעבודה ישירה, עלות הציוד ושטח המפעל, בהתאמה, מייצור האלקטרודה הרטובה, בהנחה שמיוצרים 100,{10}} תאים בשנה.

2.3 טכנולוגיית Lugless (all-lug): הפחתת ההתנגדות הפנימית של הסוללה, נפח ריתוך לייזר כלפי מעלה, דרישות דיוק ציוד גבוהות

טכנולוגיית (כל האוזן) יכולה להפחית משמעותית את ההתנגדות ואת צריכת ההתנגדות הפנימית של הסוללה. על פי המאמר של Yulong Zhao "Power Battery 4680 Full Lug Technology Scan": 1) סוללה גלילית מסורתית: רדיד נחושת חיובי ושלילי וסרעפת נייר אלומיניום מוערמים ומפותלים, וחוט מנחה (לוג) מרותך בכל קצה של הנחושת נייר כסף ורדיד אלומיניום על מנת להוביל את האלקטרודה. (2) סוללה 4680: כל הקולט הופך לזיז, המסלול המוליך אינו תלוי יותר בזיז, הזרם מועבר מההעברה הרוחבית לאורך הזיז לקולט אל ההולכה האורכית של הקולט, כל המוליך האורך משתנה מ-800-1000 מ"מ של אורך רדיד נחושת 1860 או 2170 לאורך המוליך כולו משתנה מ-800-1000 מ"מ של אורך רדיד נחושת 1860 או 2170 ל-80 מ"מ (גובה התא), מה שמפחית את ההתנגדות עד 2 מ'Ω וצריכת ההתנגדות הפנימית מ-2W ל-0.2W, נמוך בסדר גודל.

מאפייני עיצוב מבניים: אזור המגע/הולכה של הזיז בקצה אחד של התא שווה/גדול יותר מהאספן. על פי הפטנט "ללא זיז" של טסלה, שצוטט על ידי המספר הציבורי הרשמי של GaoGong Lithium WeChat, הוא מתאר לפחות אלקטרודה אחת כתושבת סוללה ללא זיז, במיוחד: 1) המפלס התחתון של הליבה: קצה הקולט נותר לבן ולא מצופה עם חומרים חיוביים/שליליים, שבהם ניתן להבין את חלק האספן כזיז מוכלל, טסלה המפתח לעיצוב "ללא זיזים" הוא שאזור הולכת הזיז זהה לחלוטין לאזור הולכה, או אפילו אזור מגע הזיז ואזור ההולכה גדולים יותר משטח ההולכה של האספן דרך עיצוב המבנה המגוון של הכיסוי; 2) המפלס העליון של הליבה: אם נעשה שימוש רק באלקטרודה אחת ללא פתרון זיזים, הקצה העליון עדיין זהה לעיצוב הליבה 18650, 21700. על פי ניתוח הפטנט, רק קצה אחד של החיבור חסר הזיזים יכול להשיג את ההשפעה של הפחתת ההתנגדות הפנימית פי 5.

(1) תהליך ייצור: על פי המספר הציבורי הרשמי של WeChat של Automotive Materials Network, המצוין ב-Automotive Home, ישנם שני תהליכי ייצור עבור זיזי אינדוקציה, כלומר, תחילה חיתוך ולאחר מכן סלילה, וראשון סלילה ולאחר מכן יציקת לייזר- חיתוך, במיוחד:① קודם חיתוך ואחר כך פיתול: באמצעות חישוב מדויק, החומר נחתך לחלקים רבים לפני הליפוף. כאשר הפיתול מגיע לאנרגיה שנקבעה מראש, ריתוך מתבצע. חיתוך לייזר לאחר סיפוף: החומר מפותל ישירות ללא קשר לרוחב ולגודל, וחיתוך לייזר מבוצע על החומר העודף לאחר הגעה לאנרגיה שנקבעה מראש, הדורשת דיוק גבוה.

(2) דרישות ציוד: על פי המספר הציבורי הרשמי של WeChat של Automotive Materials Network, תוך ציון המידע של המספר הציבורי של Auto House ו- GaoGong Lithium WeChat, מנקודת המבט של ציוד הייצור, ישנם שינויים גדולים בשלושה היבטים תחת הטכנולוגיה של לא זיז קוטבי (זיז כל-קוטבי), במיוחד:① תהליך ציפוי: הצורה המעוקלת המסוימת של זיז הכל-קוטבי גורמת לדרישות גבוהות יותר לדיוק הציוד, והרווח הלבן על הטבעת החיצונית יהיה יותר ויותר מהרווח הלבן בטבעת הפנימית;② ציוד חיתוך: הדרישות לתהליך חיתוך בלייזר גבוהות יותר. (2) ציוד חיתוך: דרישות גבוהות יותר לתהליך חיתוך במות בלייזר, ופערים בהתאמת שכבת החומר עקב קצוות חיתוך לא אחידים; (3) ריתוך לייזר: מספר המפרקים המרותכים בריתוך נקודתי בלייזר של כל הזיזים גדל ביותר מפי חמישה בהשוואה ל-21700. באופן ספציפי, על פי תהליך הריתוך, למשל, על פי המאמר של Zhao Yulong "Power Battery 4680 full תוכן סריקת טכנולוגיית זיזים, הזיז המלא וחיבור לוחית האספן או המעטפת, דרישות טכנולוגיית ריתוך הלייזר גבוהות יותר, במיוחד, מהריתוך המסורתי של שני זיזים ועד לריתוך משטח מלא, תהליך הריתוך ונפח הריתוך הפכו ליותר, עוצמת הלייזר ואורך המוקד אינו קל לשליטה, קל לרתך דרך שרוף לחלק הפנימי של הליבה או ללא ריתוך;. בנוסף, חברות מסוימות מציעות להשתמש בפטנטים של התאמה באמצעות לחץ ולא בריתוך עבור האספן הנוכחי.

אנו לוקחים את טכנולוגיית ה-CTC של טסלה כדוגמה ומנתחים אותה באופן הבא: 1) שלא כמו מארז הסוללות 2170 המורכב מארבעה מודולים, ערכת הסוללות 4680 מאמצת את טכנולוגיית ה-CTC ומארכת הסוללות משמשת כלוחית הבסיס של הרכב. על פי האתר הרשמי של InsideEVs, ממבט החתך של ערכת הסוללות החדשה ממבנה דגם Y שהוצגה בסיור במפעל Giga Berlin באוקטובר 2021, ערכת הסוללות 4680 מבטלת ישירות את עיצוב המודול ומאמצת את טכנולוגיית CTC, המסודרת בצפיפות ב- שלדת הרכב, כלומר החלק התחתון של דגם Y המצויד בחבילת הסוללות 4680 חלול ומערכת הסוללות משמשת כחלק התחתון. ערכת הסוללות משמשת כחלק התחתון. לעומת זאת, לסוללת 2170 בדגם Y יש ארבעה מודולים - שני מודולים קצרים ושני מודולים ארוכים. וחברת הליתיום האווירית שלנו מבוססת גם על טכנולוגיית סוללות גליליות גדולות השליטה היא גם מובילה רחוקה:http://www.optimum-china.com