Ülemaailmse energiasiirde taustal on liitiumakuelemendid kui tuuma energiasalvestusseade muutunud uue energiatööstuse arendamiseks tehnoloogilise innovatsiooni kaudu peamiseks jõuks. Alates materiaalse süsteemi innovatsioonist kuni konstruktsioonide disaini optimeerimiseni ja seejärel tootmisprotsesside täiendusteni on liitiumpatareisid põhjalikud tehnoloogilised läbimurded, laiendades pidevalt oma jõudluspiire, et rahuldada kasvavat turunõudlust.
Materiaalne innovatsioon: akuelemendi jõudluse nurgakivi ümberkujundamine
Positiivne elektroodimaterjal: kõrge nikli kolmekomponendi ja liitiumi raua fosfaadi täiustatud tee
Kõrge nikliga kolmekordne materjalid täidavad olulist positsiooni kõrge energiatarbega nõudluse valdkondades, näiteks elektrisõidukid nende suure energiatiheduse eelise tõttu. Niklisisalduse suurenemisega, näiteks NCM811 väljatöötamine ja rakendamine (nikkel koobalt mangaani suhe 8: 1: 1) ja veelgi kõrgemad niklisuhte materjalid, on akuelementide energiatihedus märkimisväärselt paranenud. Kõrge nikli põhjustatud termilise stabiilsusega seotud probleeme ei saa siiski tähelepanuta jätta. Teadlased on NCM811 materjali parandanud selliste meetodite abil nagu elementide doping ja pinnakate. Näiteks kaetakse NCM811 materjali pinnale alumiiniumoksiidi kiht (Al ₂ O3), surudes tõhusalt välja konstruktsioonifaasi ülemineku ja liitiumi nikli segamise kõrgel temperatuuril, suurendades termilist stabiilsust ja suurendades aku mahutavust aku 70% -lt üle 85% -ni üle 85% -ni kõrgete-testide testides.
Liitiumraudse fosfaadi (LFP) materjali kasutatakse laialdaselt energiahoidlates ja mõnda toitevälju, millel on suhteliselt madala energiatihedusega nõuded, tänu suurepärasele ohutusele, pika tsükli tööajale ja kulude eelistele. Viimastel aastatel on LFP -materjalide elektroonilist juhtivust ja liitiumiioonide difusiooni kiirust märkimisväärselt paranenud ning ka energiatihedust on teatud määral paranenud nanomaterjalide, süsinikkatte ja uute juhtivate lisaainete abil teatud määral. Mõne ettevõtte välja töötatud uute LFP aku lahtrite energiatihedus ületab 200wh/kg, lähenedes mõnede kolmekomponentide akuelementide tasemele ja tsükli tööajale üle 8000 korra, konsolideerides veelgi nende konkurentsivõime konkreetsetel turgudel.
Negatiivne elektroodimaterjal: ränipõhine ja grafiidi komposiit avab uue peatüki
Traditsioonilised grafiidiga negatiivsed elektroodimaterjalid ei suuda enam täita akuelementide energia tiheduse kõrgemat taotlemist. Ränipõhised materjalid on muutunud uurimistöö levialaks nende ülikõrge teoreetilise spetsiifilise mahutavuse tõttu (kuni 4200mAh/g, umbes 10-kordne grafiidil). Laadimis- ja tühjendamisprotsessi ajal läbib räni aga märkimisväärse mahu laienemise (kuni 300%), mis põhjustab elektroodi struktuuri kahjustusi ja kiiret mahutavust. Selle probleemi lahendamiseks on tekkinud räni süsiniku komposiitnegatiivsed elektroodimaterjalid. Räni nanoosakeste ühtlaselt hajutades grafiidimaatriksis ja kasutades spetsiaalset katteprotsessi, leevendatakse räni mahumuutus tõhusalt. Mõned ettevõtted on saavutanud räni süsiniku komposiitnegatiivsete elektroodimaterjalide masstootmise ja kasutamise ning selle materjaliga varustatud akurakkude energiatihedus on suurenenud 15% -20%, pakkudes teostatavat teed suure energiaga tihedusega liitiumpatareide saavutamiseks.
Konstruktsioonidisaini innovatsioon: akuelementide tervikliku jõudluse parandamine
Moodulivaba (CTP) ja tera aku struktuuri muundamine
Moodulivaba (CTP) tehnoloogia välistab akurakkude traditsioonilise mitmekihilise struktuuri moodulitele ja seejärel akupakkidele ning integreerib akuelemendid otse akupakki, parandades oluliselt ruumi kasutamist ja aku energiatihedust. Näiteks on teatud ettevõtte CTP akusüsteem vähendanud komponentide arvu 40%, suurendanud mahulist energiatihedust 15%-20%, suurendanud tootmise efektiivsust 50%ja vähendas tootmiskulusid. Tera patareid on spetsiaalne pikkade ja õhukese raku struktuuri tüüp, mis saavutab kõrge ruumi kasutamise ja parema ohutuse, paigutades mitmete terakujuliste lahtrite otse aku. Tera akud ei sütti ega suitseta nõela punktsiooni testimise ajal, mis on oluliselt parem kui traditsioonilised silindrilised ja ruudukujulised rakud, tuues kvalitatiivse hüppe elektrisõidukite ohutusvõimele.
Lamineeritud ja haavastruktuuride optimeerimine ja täiendamine
Virnastatud struktuurirakud toimivad suure võimsusega rakendustes hästi nende suure kontaktpinna tõttu elektroodilehtede ja madala sisemise takistuse vahel. Uus lamineerimisprotsess võtab kasutusele automatiseeritud ja ülitäpsed seadmed, et parandada lamineerimise tõhusust ja järjepidevust ning vähendada käsitsi toimingutest põhjustatud kvaliteedikõikumisi. Vahepeal saab virnastatud kihtide ja elektroodi suuruse optimeerimisega akuelemendi jõudlust veelgi paremaks muuta. Haavakonstruktsiooni akuelemendil on eelised protsessi küpsuses ja tootmise tõhususes. Mühiseadmete ja protsessiparameetrite, näiteks õhemate eraldajate ja elektroodide lehtede kasutamise parandamisel saab mähise täpsust parandada, mille tulemuseks on akuelemendi energiatiheduse ja tsükli kestuse suurenemine. Mõned ettevõtted ühendavad lamineeritud ja haavastruktuurid hübriidstruktuuri akurakkude väljatöötamiseks, mis ühendavad mõlema eelised ja vastavad erinevate rakenduse stsenaariumide vajadustele.
Tootmisprotsesside innovatsioon: rakkude kvaliteedi ja järjepidevuse tagamine
Digiteerimine ja intelligentne tootmine suurendavad tootmise täpsust
Digitaalseid ja intelligentseid tehnoloogiaid kasutatakse laialdaselt liitiumakurakkude tootmisprotsessis. Automatiseeritud juhtimine ja reaalajas andmete jälgimine on saavutatud kõigis etappides, alates toorainete partiidest, elektroodide katmisest, mähisest/lamineerimisest kuni raku kokkupanekuni, vedeliku sissepritse ja keemilise muundamiseni. Digitaalse mudeli kehtestamisega saab toote kvaliteedi järjepidevuse tagamiseks täpselt kontrollida selliseid peamisi parameetreid nagu temperatuur, rõhk, niiskus, katte paksus ja mähisepinge. Näiteks kasutab intelligentsed katteseadmed andurid katte paksuse jälgimiseks reaalajas ja reguleerige katteparameetreid automaatselt tagasiside juhtimissüsteemide kaudu, hoides katte paksuse vigu ± 2 μm piires, parandades oluliselt elektroodide kvaliteeti ning suurendades akurakkude üldist jõudlust ja usaldusväärsust.
Täiustatud testimistehnoloogia tagab akuelementide kvaliteedi
Liitiumaku lahtrite kõrge kvaliteedi tagamiseks kulgeb täiustatud testimistehnoloogia kogu tootmisprotsessis. Tooraine testimisprotsessis kasutatakse positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalide, elektrolüütide, elektrolüütide jms mikrostruktuuri ja koostise analüüsimiseks röntgendifraktsiooni (XRD), skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) ja muid meetodeid, et tagada toorainete kvaliteet standarditele. Aku lahtrite tootmisprotsessi ajal kasutatakse rakkude elektrilise jõudluse parameetrite jälgimiseks reaalajas ülitäpset takistust, mahtuvust, induktiivsuse mõõtmisinstrumente ja aku sisemisi testijaid. Valmistoodete testimisetapis viiakse läbi akurakkude põhjalik jõudlus, kasutades laengu- ja tühjenduskatsete, kiirendatud vananemiskatseseadmete, termiliste põgenemiskatsete seadmeid jne, et sõeluda tooteid suurepärase jõudlusega. Samal ajal võetakse kasutusele suurandmete analüüs ja tehisintellekti algoritmid, et sügavalt kaevanduste andmeid, saavutada kvaliteetse jälgitavuse ja tootmisprotsessi ennustatava säilitamise, vähendavad tõhusalt toote puuduste määrasid ning parandavad ettevõtte tootmise tõhusust ja majanduslikku kasu.