En omfattende analyse af lithiumbatterier: fra grundlæggende til produktion, struktur, processer, applikationer og industritendenser

Lithiumbatterier har længe været "energikernen" på tværs af sektorer som forbrugerelektronik, nye energikøretøjer, energilagringssystemer og endda lav-højdeøkonomi. Lige fra små enheder som mobiltelefoner og bærbare computere til stor-udstyr såsom elektriske køretøjer og energilagringskraftværker, bestemmer deres ydeevne direkte udstyrets holdbarhed, sikkerhedsniveau og levetid. Denne artikel adskiller denne kritiske energikomponent omfattende og dækker dens kernesammensætning, fordele og ulemper sammenligning, klassifikationssystem, professionel terminologi, navngivningsregler samt hele produktionsprocessen og industripraksis, og afslører de tekniske mysterier af lithiumbatterier for dig.

I. Kernesammensætning af lithiumbatterier: Synergi mellem "hjerte" og "hjerne"

Den stabile drift af et lithiumbatteri er afhængig af synergien mellem to hovedsystemer: "energiforsyning" og "sikkerhedskontrol". Konkret kan den opdeles i to dele: battericellen og beskyttelseskortet (eller BMS), som hver har en uerstattelig funktion.

1. Battericelle: "Energihjertet" af lithiumbatterier

Battericellen er kernen til lagring og frigivelse af elektrisk energi, svarende til "hjertet" af et lithiumbatteri. Dens ydeevne bestemmer direkte batteriets energitæthed, cykluslevetid og sikkerhed. Battericellen består hovedsageligt af 5 nøglekomponenter:

Katode materiale: "Kilden" til energioutput, som frigiver lithiumioner under udladning. Almindelige materialer omfatter lithium-koboltoxid (LiCoO₂, brugt i forbrugerelektronik såsom mobiltelefoner og bærbare computere, med højspændingsplatform, men svag sikkerhed), lithiumjernfosfat (LiFePO₄, brugt til energilagring og elektriske køretøjer, med høj sikkerhed og lang levetid), ternær lithium (LiNi₧M_Co₂n,ᵧM_Co₂ₓ) høje-elektriske køretøjer med høj energitæthed og lithiummanganat (LiMn₂O₄, brugt i elværktøj, med lav pris, men dårlig høj-temperaturstabilitet).

Anode materiale: "lageret" til energilagring, som adsorberer lithium-ioner under opladning og sender dem tilbage til katoden under afladning. I øjeblikket er grafit mainstream (med lave omkostninger og god stabilitet, der tegner sig for mere end 90% af anodematerialemarkedet). Den nye generation af silicium-baserede anoder (med en teoretisk kapacitet, der er mere end 10 gange større end grafit) bliver gradvist kommercialiseret, mens lithiummetalanoder stadig er i R&D-stadiet på grund af dendritproblemer.

Elektrolyt: "Kanalen" for lithiumionmigrering, sædvanligvis sammensat af lithiumsalt (f.eks. LiPF₆, der giver lithiumioner), organiske opløsningsmidler (f.eks. carbonater, opløsende lithiumsalte) og additiver (forbedrer cykluslevetid og sikkerhed). Dens renhed og stabilitet påvirker direkte ydeevnen ved høje og lave-temperaturer og sikkerhedsniveauet for batteriet. For eksempel vil overdreven fugt reagere med lithiumsalte for at generere skadelige gasser, hvilket forårsager potentielle sikkerhedsrisici.

Separator: "Sikkerhedsbarrieren" mellem katoden og anoden, en porøs polymerfilm (for det meste polyethylen PE og polypropylen PP). Det kan ikke kun forhindre direkte kontakt og kortslutning mellem katoden og anoden, men også tillade lithium-ioner at passere igennem. Separatorer af høj-kvalitet skal have ensartet porestørrelse, tilstrækkelig mekanisk styrke og kemisk stabilitet. Ved høje temperaturer kan de også blokere iontransmission gennem "shutdown-effekten" for at undgå termisk løb.

Shell: Battericellens "beskyttende låg" opdelt i aluminiumsskal (prismatiske batterier, såsom mobiltelefonbatterier), stålskal (cylindriske batterier, såsom 18650) og aluminium-kompositfilm (posebatterier, såsom tynde mobiltelefoner og bærbare enheder) i henhold til formen. Skallen skal have eksplosions-sikker, høj-temperaturbestandig og korrosionsbestandig-egenskaber, samtidig med at den er så let som muligt for at forbedre batteriets energitæthed.

2. Beskyttelsestavle: Lithiumbatteriers "sikkerhedshjerne".

Hvis battericellen er "energihjertet", er beskyttelsestavlen "sikkerhedshjernen", der er ansvarlig for at overvåge batteriets opladnings- og afladningsstatus for at undgå risici såsom overopladning, over-afladning og kortslutning. Beskyttelseskortet for strømbatterier kaldes normalt Battery Management System (BMS), med en mere kompleks struktur, mens beskyttelsestavlen for forbrugerbatterier (såsom mobiltelefonbatterier) er relativt forenklet. Kernekomponenterne omfatter:

Beskyttelse Chip/Management Chip: Kernekontrolenheden, som i realtid-overvåger batteriets spænding, strøm og temperatur. Når der opdages abnormiteter (f.eks. overopladning med spænding over 4,2V, over-afladning med spænding under 3,0V), udløser det beskyttelsesmekanismen.

MOSFET: Strømafbryderen, som afbryder eller leder lade- og afladningskredsløbet under instruktion af chippen. For eksempel under overopladning afbryder MOSFET'en opladningsvejen for at undgå beskadigelse af battericeller.

Modstande og kondensatorer: Hjælpekomponenter, der bruges til strømsampling og spændingsfiltrering for at sikre nøjagtigheden af ​​detektionsdata.

PCB-plade: "Bæreren" af komponenter, integrerende chips, MOSFET'er og andre dele for at danne et stabilt kredsløbssystem.

PTC/NTC: Komponenter til temperaturbeskyttelse. PTC (Positive Temperature Coefficient thermistor) har en kraftig stigning i modstand ved høje temperaturer for at begrænse strøm; NTC (Negative Temperature Coefficient thermistor) registrerer temperatur i realtid og leverer temperaturdata til chippen.

II. Fordele og ulemper ved lithiumbatterier: Hvorfor kan de blive den almindelige energikilde?

Lithiumbatterier kan erstatte bly-syre, nikkel-cadmium og nikkel-metalhydrid-batterier og bliver det første valg inden for forbrugerelektronik og nye energiområder takket være deres enestående ydeevnefordele, men de har også ubestridelige mangler. Vi kan mere intuitivt forstå placeringen af ​​lithium-batterier gennem en horisontal sammenligning af fire almindelige batterityper:

1. Kernefordele: Hvorfor er lithiumbatterier uerstattelige?

Høj energitæthed: Den gravimetriske energitæthed er 4-8 gange den for bly-syrebatterier, og den volumetriske energitæthed er 4-5 gange den for bly-syrebatterier. Det betyder, at lithium-batterier kan lagre mere elektrisk energi under samme vægt/volumen. Eksempelvis vejer et mobiltelefon-lithium-batteri med en kapacitet på 1900mAh kun omkring 20g, mens et bly-syre-batteri med samme kapacitet vejer mere end 1 kg, hvilket er fuldstændig uegnet til bærbare enheder.

Lang cyklus levetid: Lithiumbatterier af høj-kvalitet kan opnå mere end 1500 cyklusser, og lithiumjernphosphatbatterier kan endda overstige 6000 cyklusser, mens bly-syrebatterier kun har 200-300 cyklusser. Tager man elektriske køretøjer som et eksempel, har modeller udstyret med lithium-batterier en batterilevetid på 5-8 år, hvilket langt overstiger de 1-2 år med bly-syre-batterier.

Miljøvenlig og forurening-Fri: Fri for giftige tungmetaller som bly, kviksølv og cadmium, det er miljøvenligt gennem hele livscyklussen af ​​produktion, brug og skrotning, i tråd med den globale "dual carbon"-trend. I modsætning hertil er blyforurening fra bly-syrebatterier og cadmiumforurening fra nikkel-cadmiumbatterier blevet begrænset i mange lande.

Lav selvudledningshastighed-: Den månedlige -selvafladningshastighed er kun 2 %-9 %, meget lavere end de 20 %-30 % af nikkel-metalhydrid-batterier. Et fuldt opladet mobiltelefonlithiumbatteri kan stadig beholde mere end 80 % af sin strøm efter at have været inaktiv i en måned, mens et nikkel-metalhydrid-batteri måske kun har 50 % tilbage.

Højspændingsplatform: Den nominelle spænding for en enkelt celle er 3,2-3,7V, svarende til seriespændingen for 3 nikkel-cadmium/nikkel-metalhydrid-batterier. Det kan opfylde udstyrskravene uden flere serieforbindelser, hvilket forenkler batteripakkens design.

2. Vigtigste mangler: Hvilke problemer mangler stadig at blive løst?

Høje omkostninger: Batteriomkostningerne er omkring 2,0-3,5 CNY pr. Wh, 2-5 gange højere end bly-syre-batterier. Selvom den gradvist aftager med produktion i stor skala, er den stadig den vigtigste omkostningspost for nye energikøretøjer og energilagringssystemer.

Dårlig temperaturtilpasningsevne: Den optimale driftstemperatur er 0-45 grader. Når temperaturen er under 0 grader, falder kapaciteten betydeligt (f.eks. ved -20 grader er kapaciteten muligvis kun 50 % tilbage); når temperaturen er over 60 grader, er der sikkerhedsrisici. Yderligere varme-/kølesystemer skal konfigureres, hvilket øger omkostningerne og kompleksiteten.

Sikkerhedsfarer: Flydende elektrolytter er brandfarlige. Hvis beskyttelsessystemet svigter (såsom overopladning, punktering, ekstrudering), kan det forårsage termisk flugt, hvilket fører til brand og eksplosion. Derfor skal lithiumbatterier være udstyret med BMS eller beskyttelsestavler og kan ikke bruges "nøgne" som bly-syrebatterier.

Høje krav til opladere: Opladere med konstant strøm og konstant spænding er påkrævet for at sikre en stabil opladningsproces og undgå overopladning, mens bly-syrebatterier kun behøver en simpel spændingsregulator, og opladeromkostningerne er lavere.

III. Klassificeringssystem for lithiumbatterier: Hvordan vælger man til forskellige scenarier?

Der findes mange typer lithium-batterier, som kan opdeles i flere kategorier efter forskellige dimensioner. Batterier i forskellige kategorier har betydelige ydeevneforskelle og er velegnede til forskellige scenarier. At mestre klassifikationslogikken kan hjælpe dig med bedre at forstå "hvorfor koboltlithiumbatterier bruges i mobiltelefoner og lithiumjernfosfat/ternære lithiumbatterier bruges i elektriske køretøjer".

1. Ved at oplade og aflade egenskaber: Primære batterier vs sekundære batterier

Primære (ikke-genopladelige) batterier: Også kendt som primære lithium-batterier, såsom lithium-mangandioxid-batterier (CR2032-knapbatterier, brugt i fjernbetjeninger og ure) og lithium-thionylchlorid-batterier (bruges i Internet of Things-enheder og medicinske implanterbare instrumenter). De er kendetegnet ved høj kapacitet og lang holdbarhed (op til 10 år), men kan ikke genoplades og kasseres efter brug.

Sekundære (genopladelige) batterier: Også kendt som opbevaringsbatterier, de er den mest almindeligt anvendte type i dagligdagen, såsom mobiltelefonbatterier og elektriske køretøjsbatterier. De kan oplades og aflades gentagne gange i 500-1500 gange. Kernen er den reversible reaktion af "lithium ion migration mellem katoden og anoden", som også er fokus i denne artikel.

2. Ved katodemateriale: Bestemmelse af batteriernes kerneydelse

Dette er den mest centrale klassificeringsmetode, og katodematerialet bestemmer direkte energitætheden, sikkerheden og omkostningerne ved batteriet:

Lithium Cobalt Oxide (LiCoO₂): Høj energitæthed (200-250Wh/kg), højspændingsplatform (3,7V), men dårlig sikkerhed og kort levetid (500-800 cyklusser), hovedsageligt brugt i forbrugerelektronik såsom mobiltelefoner og bærbare computere.

Lithiumjernfosfat (LiFePO₄): Ekstremt høj sikkerhed (termisk løbetemperatur overstiger 200 grader), lang levetid (1500-6000 cyklusser), lav pris, men lav energitæthed (120-180Wh/kg), hovedsageligt brugt i energilagringssystemer, elektriske busser og low-end elektriske køretøjer.

Ternær lithium (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Høj energitæthed (200-300Wh/kg), god ydeevne ved lav-temperatur, men middel sikkerhed og høje omkostninger. Det er opdelt i NCM523, NCM622 og NCM811 i henhold til nikkelindhold (jo højere nikkelindhold, jo højere energitæthed), hovedsageligt brugt i high-end elektriske køretøjer og droner.

Lithiummanganat (LiMn₂O4): Lav pris, god høj-temperaturstabilitet, men lav energitæthed (100-150Wh/kg) og kort levetid (300-500 cyklusser), hovedsageligt brugt i elværktøj og lavhastigheds-elkøretøjer.

3. Efter form: Tilpasning til forskellige udstyrsrum

Cylindriske batterier: Såsom 18650 (18 mm i diameter, 65 mm i højden) og 21700 (21 mm i diameter, 70 mm i højden), med stabil struktur og høj masseproduktionseffektivitet, hovedsageligt brugt i bærbare computere og elektriske køretøjer (f.eks. Teslas tidlige modeller brugte 18650 og skiftede senere til 21700).

Prismatiske batterier: Såsom mobiltelefonbatterier (3-5 mm i tykkelse, 40-60 mm i bredde) og batterier til elektriske køretøjer (10-20 mm i tykkelse, 100-200 mm i bredden), med høj pladsudnyttelsesgrad og kan tilpasses efter udstyrsstørrelse, som er den almindelige form for elektriske køretøjer i øjeblikket.

Pose batterier: Indkapslet med aluminium-kompositfilm, kan de gøres ultra-tynde (0,5-2 mm i tykkelse) og fleksible, hovedsagelig brugt i tynde mobiltelefoner, bærbare enheder (såsom smarture) og foldbare mobiltelefoner.

4. Efter elektrolyttilstand: Væske vs polymer

Lithium-ion-batterier (LIB): Brug af flydende elektrolytter, med høj energitæthed og lave omkostninger, men der er risiko for lækage. De fleste cylindriske og prismatiske hårde-skalbatterier tilhører denne kategori.

Polymer Lithium Batterier (PLB): Brug af gel eller faste elektrolytter, uden risiko for lækage og kan fleksibelt deformeres. De fleste posebatterier tilhører denne kategori, hovedsagelig brugt i forbrugerelektronik.

5. Ved anvendelse: Almindelige batterier vs Power Batterier

Almindelige batterier: Anvendes i forbrugerelektronik såsom mobiltelefoner og bærbare computere, med lille kapacitet (1000mAh-10Ah) og lav afladningshastighed (0,5-2C), hvilket kræver høj energitæthed.

Strøm batterier: Anvendes i elektriske køretøjer og droner, med stor kapacitet (50Ah-500Ah) og høj afladningshastighed (5-30C), der skal modstå store strømudladninger (f.eks. når bilen accelererer), hvilket kræver højere sikkerhed og cykluslevetid.

IV. Væsentlig terminologi for lithiumbatterier: skelnen mellem begreber fra kapacitet til SOC

Når du køber eller bruger lithiumbatterier, vil du ofte støde på udtryk som "kapacitet", "C-rate" og "SOC". Forståelse af disse begreber kan hjælpe dig med at bedømme batteriets ydeevne nøjagtigt og undgå at blive vildledt af "fejlagtigt markerede parametre".

1. Kapacitet: Hvor meget elektricitet kan et batteri opbevare?

Definition: Mængden af ​​elektricitet et batteri kan frigive under visse afladningsforhold, beregnet ved formlen Q=I×t (I er strøm, t er tid), med enheder af Ah (ampere-time) eller mAh (milliampere-time).

Almindelig forklaring: 1Ah betyder, at batteriet kan aflades ved 1A strøm i 1 time, og 1mAh betyder, at det kan aflades ved 1mA strøm i 1 time. For eksempel betyder et mobiltelefonbatteri med 1900mAh, at det kan aflades ved 190mA strøm i 10 timer.

Almindelige scenarier: Mobiltelefonbatterier: 800-1900mAh; elcykler: 10-20Ah; elektriske køretøjer: 20-200Ah; energilagringsbatterier: 100-1000Ah.

2. Opladnings-/afladningshastighed (C-hastighed): Hvor hurtig er opladning/afladning?

Definition: Opladnings-/afladningsstrømmen udtrykt som et multiplum af batteriets nominelle kapacitet. 1C er strømmen for "fuld opladning/afladning på 1 time".

Beregningsmetode: Hvis batterikapaciteten er 1500mAh, 1C=1500mA, 2C=3000mA (fuldt afladet på 0,5 timer), 0,1C=150mA (fuldt afladet på 10 timer).

Noter: Jo højere afladningshastigheden er, jo lavere er batteriets faktiske kapacitet (f.eks. kan kapaciteten ved 2C-afladning kun være 80 % af den ved 1C-afladning), og jo mere alvorlig er varmeudviklingen. Derfor skal strømbatterier have en høj-afladningskapacitet (f.eks. kræver elektriske køretøjer mere end 5C).

3. Spænding (OCV): Batteriernes "spændingsplatform".

Nominel spænding: Batteriets nominelle spænding. Almindelige lithiumbatterier er 3,2-3,7V (lithiumkoboltoxid: 3,7V; lithiumjernfosfat: 3,2V), hvilket er en vigtig indikator for batteriets ydeevne.

Open Circuit Voltage (OCV): Batteriets spænding, når der ikke er tilsluttet nogen belastning, som kan bruges til at bedømme batteritilstanden (f.eks. er OCV-værdien af ​​et fuldt opladet lithium-koboltoxid-batteri omkring 4,2 V og omkring 3,0 V, når det er ude af strøm).

Spændingsplatform: Det spændingsstabile område under batteriopladning og -afladning (normalt 20%-80% af kapaciteten), hvor spændingen ændres lidt. For eksempel er spændingsplatformen for lithium-koboltoxid-batterier 3,6-3,9V, hvilket også er udstyrets normale arbejdsspændingsområde.

4. Energi og strøm: Hvor længe kan det bruges? Hvor meget strøm kan den levere?

Energi: Den samlede elektriske energi, som batteriet kan lagre, beregnet med formlen E=U×Q (U er spænding, Q er kapacitet), med enheder af Wh (watt-time) eller kWh (kilowatt-time, 1kWh=1 grad af elektricitet). For eksempel har et mobiltelefonbatteri med 1900mAh og 3,7V en energi på 3,7V×1,9Ah=7.03Wh.

Magt: Den energi, som batteriet kan udsende pr. tidsenhed, beregnet ved formlen P=U×I, med enheder af W (watt). Power bestemmer udstyrets "burst power". For eksempel har elektriske køretøjer brug for høj-batterier, når de accelererer, mens mobiltelefoner kun har brug for lav-batterier.

5. Cykluslevetid: Hvor mange gange kan et batteri oplades og aflades?

Definition: Én op- og afladning af batteriet er én cyklus. Når kapaciteten falder til 60%-70% af den oprindelige kapacitet, betragtes det som slutningen af ​​livet.

Standard test: IEC-standarden foreskriver, at mobiltelefon-lithiumbatterier afladet til 3,0V ved 0,2C og opladet til 4,2V ved 1C, skal have en kapacitet på mere end eller lig med 60% efter 500 cyklusser; den nationale standard foreskriver, at kapaciteten skal være større end eller lig med 70% efter 300 cyklusser.

Forslag til brug: Undgå dyb opladning og afladning (oplad f.eks. ikke til 100 % eller aflad til 0 % hver gang), hvilket kan forlænge cyklussens levetid. For eksempel kan det forlænge levetiden til mere end 1000 cyklusser ved at holde mobiltelefonens batteri på 20%-80% af strømmen.

6. Afladningsdybde (DOD) og ladetilstand (SOC): Hvor meget strøm er der tilbage i batteriet?

DOD: Procentdelen af ​​den afladede kapacitet i forhold til den nominelle kapacitet. For eksempel, hvis den afladede kapacitet er 500mAh og den nominelle kapacitet er 1000mAh, DOD=50%. Jo dybere DOD, jo kortere batterilevetid.

SOC: Procentdelen af ​​den resterende kapacitet til den nominelle kapacitet. 0% betyder ingen strøm, og 100% betyder fuldt opladet. BMS bedømmer batteriets resterende strøm gennem SOC, og mobiltelefonens strømvisning beregnes ud fra SOC.

7. Afbrydelse-spænding: Den "røde linje" for opladning/afladning

Opladningsafskæringsspænding-: Den spænding, hvormed batteriet ikke kan oplades yderligere. For lithium cobalt oxid batterier er det 4,2V; for lithiumjernfosfatbatterier er det 3,65V. Overskridelse af denne spænding vil forårsage battericelleskade og termisk løb.

Afladningsafskæringsspænding-: Den spænding, som batteriet ikke kan aflades yderligere ved. For lithium cobalt oxid batterier er det 3,0V; til lithiumjernfosfatbatterier er det 2,5V. Under denne spænding vil det forårsage irreversibel skade på anoden, og kapaciteten kan ikke genvindes.

8. Intern modstand: Det "usynlige tab" af batterier

Definition: Modstanden inde i batteriet, der hindrer strømstrømmen, med enheder af mΩ (milliohm), opdelt i ohmsk intern modstand (forårsaget af materialer og struktur) og polarisering intern modstand (forårsaget af elektrokemiske reaktioner).

Indvirkning: Jo mindre intern modstand, jo højere opladnings- og afladningseffektivitet for batteriet og jo mindre varmeudvikling. For eksempel skal den interne modstand i strømbatterier kontrolleres under 50mΩ, ellers vil der opstå alvorlig varmeudvikling under høj-strømafladning.

V. Navngivningsregler for lithiumbatterier: Forståelse af dimensioner fra modeller

Navngivningen af ​​lithium-batterier varierer mellem forskellige producenter, men generelle batterier følger IEC61960-standarden. Batteriets type og størrelse kan bedømmes gennem modellen for at undgå at købe den forkerte model.

1. Cylindriske batterier: 3 bogstaver + 5 tal

Bogstavets betydning: Det første bogstav angiver anodematerialet (I=indbygget-i lithiumion, L=lithiummetal); det andet bogstav angiver katodematerialet (C=kobolt, N=nikkel, M=mangan, V=vanadium); det tredje bogstav=R (cylindrisk).

Nummer Betydning: De første 2 tal=diameter (mm), de sidste 3 tal=højde (mm).

Eksempler: ICR18650 - I (lithiumionanode), C (lithiumkoboltoxidkatode), R (cylindrisk), 18 mm i diameter, 65 mm i højden, det mest almindelige batteri til bærbare computere og elektriske køretøjer; INR21700 - I (lithiumionanode), N (nikkel-baseret katode, ternær lithium), R (cylindrisk), 21 mm i diameter, 70 mm i højden, med 50 % højere kapacitet end 18650, brugt i Tesla Model 3.

2. Prismatiske batterier: 3 bogstaver + 6 tal

Bogstavets betydning: De første to bogstaver er de samme som for cylindriske batterier, det tredje bogstav=P (prismatisk).

Nummer Betydning: De første 2 tal=tykkelse (mm), de midterste 2 tal=bredde (mm), de sidste 2 tal=højde (mm).

Eksempler: ICP053353 - I (lithiumionanode), C (lithiumcoboltoxidkatode), P (prismatisk), 5 mm i tykkelse, 33 mm i bredden, 53 mm i højden, et typisk mobiltelefonbatteri; IFP101520 - I (lithiumionanode), F (jern-baseret katode, lithiumjernphosphat), P (prismatisk), 10 mm i tykkelse, 15 mm i bredden, 20 mm i højden, bruges i smarture.

VI. Hele produktionsprocessen af ​​lithiumbatterier: Stræb efter ekspertise i hvert trin fra materialer til celler

Produktion af lithiumbatterier er en kompleks og meget automatiseret proces, der involverer tre store links: front-end, middle-end og back-end processer. Præcisionskontrollen af ​​hvert led påvirker direkte batteriets ydeevne og sikkerhed, kendt som "kombinationen af ​​finkemisk industri og præcisionsfremstilling".

1. Forside-proces: Fremstilling af elektrodeark (nøgle til bestemmelse af batterikapacitet)

Blanding af gylle: Bland katodeaktive materialer (f.eks. LiCoO₂), ledende midler (carbon black), bindemidler (PVDF) og opløsningsmidler (NMP) i en vakuumblander for at danne en ensartet opslæmning; det samme gælder for anoden med grafit som det aktive materiale, CMC/SBR som bindemiddel og vand som opløsningsmiddel. Kernekrav: Gyllen skal være ensartet uden partikler, ellers vil det føre til ujævn kapacitet.

Belægning: Påfør katode/anode-opslæmningen ensartet på strømaftageren (aluminiumsfolie til katoden, kobberfolie til anoden), kontroller belægningstykkelsen (±1μm) og arealdensiteten (vægt af aktivt materiale pr. arealenhed). Kernekrav: Belægningen skal være ensartet, ellers vil det forårsage lokal opvarmning og kapacitetsdæmpning af batteriet.

Tørring: Fordamp opløsningsmidlet (NMP eller vand) i en ovn, med temperaturen styret til 80-120 grader. Vindhastigheden og vindhastigheden skal være præcis for at undgå, at belægningen revner og krøller.

Kalander: Kold-pres de tørrede elektrodeplader med en præcisionskalander for at øge belægningsdensiteten (reducere porøsiteten), forbedre energitætheden og sikre ensartet tykkelse (±0,5 μm).

Opskæring: Skær de brede elektrodeplader på langs i smalle strimler med den nødvendige bredde, og undgå grater (grater vil forårsage kortslutninger).

Tabsvejsning: Svejs metalflige (aluminiumsflige til katoden, nikkelflige til anoden) på specificerede positioner på elektrodepladerne som strømudtrækspunkter. Svejsekvaliteten skal sikre ingen kolde loddesamlinger eller falsk svejsning.

2. Mellem-proces: Cellesamling (nøgle til bestemmelse af batterisikkerhed)

Oprulning/stabling: Stable katoden, separatoren og anoden i rækkefølgen "separator - anode - separator - cathode", og vikl dem til cylindriske/prismatiske celler med en viklingsmaskine (viklet type), eller stable dem i prismatiske celler med en stablemaskine (stablet type). Den stablede type har højere pladsudnyttelsesgrad og lavere indre modstand men lav effektivitet; sårtypen har høj effektivitet og er velegnet til masseproduktion.

Indkapsling/indkapsling: Sæt cylindriske/prismatiske hårde-skalceller i metalskaller (stål/aluminiumsskaller); sæt poseceller i aluminium-kompositfilmskaller af plast.

Bagning: Sæt de indkapslede celler i en vakuumovn og bag ved 80-120 grader i 4-8 timer for fuldstændigt at fjerne fugt fra cellerne (fugtindholdet bør kontrolleres under 50 ppm), ellers vil det reagere med elektrolytten og generere skadelige gasser.

Elektrolytindsprøjtning: Sprøjt en præcist afmålt mængde elektrolyt ind i cellerne i et tørt rum med et dugpunkt under -40 grader. Elektrolytten skal helt infiltrere elektrodepladerne og separatorerne. Fejlen i injektionsmængden skal kontrolleres inden for ±0,1 g, ellers vil det påvirke batterikapaciteten.

Forsegling: Vakuumvarme-forsegler elektrolytinjektionsåbningen på poseceller; forsegl elektrolytinjektionshullet i hårde-skalceller med stålkugler (cylindriske) eller tætningssøm (prismatiske), og sørg for lufttæthed ved lasersvejsning (luftlækage vil forårsage fordampning af elektrolyt og kapacitetsdæmpning).

3. Tilbage-Afslutproces: Dannelse og test (screening af kvalificerede produkter)

Dannelse: Oplad cellerne for første gang for at danne en stabil Solid Electrolyte Interface (SEI) film på anodeoverfladen, som tillader lithiumioner at passere igennem, men blokerer elektroner, hvilket er nøglen til batteriets levetid og sikkerhed. Ladestrømmen er lille (0,1-0,2C), og tiden er lang (8-12 timer).

Aldring: Lad de dannede celler stå ved stuetemperatur eller høj temperatur (45 grader) i 3-7 dage for at stabilisere SEI-filmen, og skærm defekte celler fra med overdreven selvafladning (f.eks. celler med et spændingsfald på over 50mV).

Kapacitetsklassificering: Udfør standardopladnings-afladningstests på de gamle celler (oplad til den øvre grænsespænding, afladning til den nedre grænsespænding), mål den faktiske kapacitet og klassificer efter kapacitet (f.eks. klasse A: 4950-5050mAh, klasse B: 4850-4950mAh) for at sikre den samme kapacitet af celler i den samme gruppe af celler.

Sortering: Klassificer cellerne i henhold til parametre som kapacitet, åben kredsløbsspænding og intern modstand, og eliminer defekte produkter (f.eks. celler med for stor intern modstand og utilstrækkelig kapacitet).

Test af udseende og ydeevne: Tjek cellernes udseende (ingen ridser, lækage eller deformation), udfør isolationsmodstand, AC intern modstand og kortslutningstest for at sikre, at sikkerhedsydelsen opfylder standarderne.

VII. Branchetendenser og virksomhedspraksis: Hvor er fremtiden for lithiumbatterier?

Med den hurtige udvikling af den nye energiindustri fortsætter lithiumbatteriteknologien med at bryde igennem, og der er opstået en række virksomheder, der fokuserer på segmenterede felter, som fremmer udvidelsen af ​​lithiumbatterier fra "forbrugerelektronik"-feltet til "industri- og energiområdet".

1. Teknologitendenser: Fra flydende til fast, fra høj kapacitet til høj sikkerhed

Solid-batterier: Erstat flydende elektrolytter og separatorer med faste elektrolytter, hvilket i høj grad forbedrer sikkerheden (ingen lækage eller termisk løbsrisiko), med energitæthed på op til 400-600Wh/kg (dobbelt så stor som eksisterende lithiumbatterier), som kan understøtte elektriske køretøjer med en rækkevidde på mere end 1000 km. På nuværende tidspunkt er halv-solid-batterier (med et elektrolytindhold på 5 %-10 %) gået ind i masseproduktionsstadiet (f.eks. NIO ET7 semi-solid-batteriversion), og alle-solid-state-batterier forventes at blive masseproduceret omkring 2030.

Hurtig opladningsteknologi: Opnå "80 % opladning på 10 minutter" gennem materialeoptimering (såsom silicium-baserede anoder, hurtig-opladning af elektrolytter) og strukturelt design. For eksempel kan S4 super-opladningsbatteriet udstyret på Xpeng G9 oplade 400 km på 10 minutter.

Omkostningsreduktion: Gennem stor-skalaproduktion (global lithiumbatteriproduktionskapacitet har oversteget 2TWh), materialeinnovation (såsom lithiummanganjernfosfat, der erstatter ternær lithium) og procesoptimering (såsom CTP/CTC-teknologi, reducerende modulkomponenter) er batteriomkostningerne faldet fra 5 CNY/Wh til under 2015 CNY/Wh på 2015 CNY, 5/5 CNY. forventes at falde yderligere til 1 CNY/Wh i fremtiden.

2. Virksomhedspraksis: Zhongchuang Feiyue - med fokus på "batteribytterevolutionen" af to-elektriske køretøjer

Inden for to-elektriske køretøjer opgraderes anvendelsen af ​​lithiumbatterier fra "opladning" til "batteribytning". Zhongchuang Feiyue (tilknyttet Zhongchuang New Energy Technology Group) er en repræsentativ virksomhed for denne tendens. Dens kernepraksis omfatter:

Scenario-baserede løsninger: Giver høj-sikkerhed og lang-levetid lithiumbatterier til scenarier som f.eks. fælles elcykler, øjeblikkelig levering (afhentning, ekspreslevering) og personlige rejser. For eksempel har batteriet i leveringskøretøjer en cykluslevetid på mere end 2000 gange, hvilket opfylder det daglige behov for krydstogter på 100 km.

Innovativ batteribyttemodel: Fremhæv konceptet om "batteribytning i stedet for opladning er sikrere", og indsæt batteribyttestationer i mere end 100 byer over hele landet. Brugere kan fuldføre batteribytte på kun 30 sekunder, hvilket løser problemerne med "langsom opladning og sikkerhedsrisici ved opladning" af to-hjulede køretøjer, der betjener mere end 400 millioner to-rejsebrugere.

Produktionskapacitet og globalisering: Med en årlig produktionskapacitet på over 5 GWh eksporteres produkterne til mere end 10 lande, tilpasset spændingsstandarder og klimatiske forhold i forskellige lande (f.eks. høj-temperaturversionsbatterier til Sydøstasien, som kan fungere stabilt i 60 graders miljø).

Konklusion: Lithium-batterier - The Core Engine of the Energy Revolution

Fra mobiltelefoner til elektriske køretøjer, fra energilagring til lav{0}}højdeøkonomi er lithiumbatterier blevet den centrale motor, der driver energirevolutionen. Deres teknologiske udvikling er ikke kun relateret til forbedring af udstyrets ydeevne, men også til realiseringen af ​​"dual carbon"-målet og transformationen af ​​energistrukturen. I fremtiden, med gennembruddet af solid-state-batterier og hurtigopladningsteknologi, samt den kontinuerlige reduktion af omkostninger, vil lithiumbatterier spille en rolle på flere områder (såsom rumfart og dyb{4}}havudforskning), hvilket giver en solid støtte til fremtiden for menneskelig grøn energi.

For almindelige brugere kan forståelsen af ​​de grundlæggende principper og ydeevneparametre for lithiumbatterier hjælpe os med at bruge batterier mere videnskabeligt (såsom at undgå overopladning og over-afladning). for branchefolk er det at forstå tekniske tendenser og scenariebehov nøglen til at finde muligheder i "hundrede-milliarder-niveausporet" af lithiumbatterier. Uanset om du er forbruger eller praktiserende læge, fortsætter historien om lithiumbatterier stadig.