اعتمدت قفزة أداء خلايا بطارية الليثيوم دائمًا على اختراقات مستمرة في تكنولوجيا المواد. إن الابتكار في مواد الإلكترود الإيجابية ، ومواد القطب السلبي ، والفواصل ، والكهارل من قبل البحث العلمي والصناعة العالميين يقود تطور خلايا البطارية نحو كثافة الطاقة العالية ، وحياة دورة أطول ، وسلامة أفضل. يوفر هذا الابتكار في المواد الكاملة للسلسلة القوة الدافعة الأساسية لمركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة والمجالات الأخرى.
1 مادة كهربائية إيجابية: موازنة السعة العالية والاستقرار
يستمر طريق الصين "Ternary Ternary" في الصين. إن مادة القطب الإيجابي NCM911 (مع محتوى النيكل 90 ٪) التي تم تطويرها بواسطة مؤسسة معينة لها قدرة محددة تبلغ 220 مللي أمبير/جم ، والتي تتجاوز 10 ٪ من NCM811 ، وتتجاوز كثافة الطاقة في خلية البطارية 800WH/L. من خلال عملية "أحادي البلورة+طلاء": يتم تقسيم الجسيمات الثانوية إلى بلورات واحدة (حجم الجسيمات 3 μ م) ، ويتم طلاء السطح بفيلم رقيقة LIPO3 (سمك 2nm). بعد 500 دورة ، يصل معدل الاحتفاظ بالسعة إلى 90 ٪ ، مما يحل مشكلة الانهيار الهيكلي في مواد النيكل المرتفعة. في بطارية السيارة الكهربائية العالية - ، تتيح هذه المادة نطاقًا يزيد عن 1000 كيلومتر.
إن ابتكار الكاثودات الخالية من الكوبالت في الولايات المتحدة يقلل من التكاليف. زاد قطب الفوسفات الإيجابي من المنغنيز في المنغنيز (LMFP) الذي طورته Tesla من قدرته المحددة من 170 مللي أمبير/جم من LFP إلى 190 مللي أمبير في الساعة/غرام من خلال المنشطات مع عنصر المنغنيز (محتوى 20 ٪) ، مع زيادة منصة الجهد بمقدار 0.2 فولت. تعمل عملية "Siled - على تخليق الطور" إلى تقليل تكاليف المواد بنسبة 30 ٪ مقارنة بـ NCM ولا تحتوي على عنصر الكوبالت (لتجنب مخاطر الموارد). أظهرت الاختبارات أن الخلايا التي تستخدم LMFP لها معدل الاحتفاظ بالسعة 85 ٪ في - 20 درجة ، وهو أعلى 15 ٪ من LFP ومناسبة لسيناريوهات درجة الحرارة المنخفضة.
2 مادة القطب السلبي: عصر السيليكون -
اختراق اليابان التجاري في "مركبات الكربون السيليكون". يتمتع قطب الكربون السلبي للسيليكون الذي طوره باناسونيك (مع محتوى السيليكون بنسبة 20 ٪) قدرة محددة تبلغ 600 مللي أمبير/جم ، وهو 1.5 ضعفًا من أقطاب الجرافيت السلبية ويزيد من كثافة الطاقة في خلايا البطارية بنسبة 20 ٪. من خلال تصميم "جزيئات السيليكون النانو+طلاء الكربون": يتم التحكم في حجم جزيئات السيليكون عند 50nm (لتجنب تمدد الحجم وتفتيت) ، ويتم طلاء السطح بطبقة كربون صلبة (سمك 5nm). بعد 200 دورة ، يصل معدل الاحتفاظ بالسعة إلى 85 ٪. تم تطبيق القطب السلبي على بطارية مركبة كهربائية معينة ، مما يحقق كثافة الطاقة 300WH/كجم في حزمة البطارية.
يركز "القطب السلبي السلبي القائم على التيتانيوم" على السلامة. يتمتع قطب ليثيوم تيتانيت (LTO) للشركة الألمانية بخصائص سلالة صفرية (معدل تغيير الحجم<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 الحجاب الحاجز والكهرباء: ضمان غير مرئي للسلامة والتوصيل
يعزز "الغشاء المغلفة" لكوريا الجنوبية مقاومة ارتفاع درجة الحرارة. لقد تحسن الحجاب الحاجز المغلفة من السيراميك في LG Chem (الركيزة PP ، المغلفة بسمك AL ₂ O3 من 3 μ M) من مقاومة درجة الحرارة من 160 درجة إلى 200 درجة ، مع قوة ثقب قدرها 300GF ، وهو أعلى بنسبة 50 ٪ من الحجاب الحاجز العادي. في الاختبار الحراري الهاربين ، يمكن أن يؤخر الحجاب الحاجز وقت الدارة القصير لخلية البطارية إلى 15 دقيقة ، مما يشتري وقتًا لاستجابة أمان نظام البطارية. يزيد تصميم "nanopore" (بحجم مسام قدره 0.1 μ م) الموصلية الأيونية بنسبة 10 ٪ ويقلل من المقاومة الداخلية لخلية البطارية.
تتغلب "Electrolete lectrolyte في الصين" على نقاط آلام السلامة. "Lifsi+Phosphate استر" Electrolete التي تم تطويرها بواسطة مؤسسة معينة ، مع إضافة 10 ٪ من مثبطات اللهب (Triethyl Phosphate استر) ، يزيد من نقطة الإشعال في المنحل بالكهرباء من 180 درجة إلى 300 درجة دون التأثير على الموصلية الأيونية (الحفاظ على 10 مللي ثانية/سم). في اختبار ثقب الإبرة ، فإن خلايا البطارية التي تستخدم هذا الإلكتروليت تدخن فقط ولا تنفجر ، وقد مرت شهادة UL94 V - 0. في الوقت نفسه ، يتيح المنحل بالكهرباء خلية البطارية من الحفاظ على معدل الاحتفاظ بالسعة بنسبة 70 ٪ في درجة حرارة -30 ، مما يوسع حدود التطبيقات ذات درجة الحرارة المنخفضة.
ينتقل الابتكار المادي لخلايا بطارية الليثيوم من "تحسين المواد المفردة" إلى "تعاون النظام الكامل". في المستقبل ، مع استحقاق الشوارد الصلبة - (الموصلية الأيونية التي تتجاوز 10 درجة مئوية/سم) وأقطاب خالية من المعادن النادرة ، ستحقق خلايا البطارية الهدف النهائي من "كثافة الطاقة من 1000WH/L+التي تبلغ 100000 مرة+السلامة المطلقة" ، وضع الأساس المادي للمواد الاستكشافية للإنشاءات الجديدة.