1 Kernmaterialsystem
Positives Elektrodenmaterial
Drei Elementmaterialien (NCM/NCA):
Nickel (Ni) verbessert die Kapazität, die Stabilisierung von Kobalt (CO) stabilisiert die Struktur, und Mangan/Aluminium (Mn/Al) verbessert die Sicherheit. Hoher Nickelgehalt (wie NCM811, NCA) ist ein Trend, aber die Herausforderung der thermischen Stabilität ist von Bedeutung.
Technische Schwierigkeit: Wenn der Nickelgehalt größer als 90%beträgt, gibt es erhebliche Probleme bei der Lebenszyklus- und Gasproduktion.
Lithium -Eisenphosphat (LFP):
Hohe Sicherheit und niedrige Kosten, aber niedrige Energiedichte (~ 160Wh/kg). BYD -Blade -Batterien sind eine typische strukturelle Innovation, die die Leitfähigkeit durch Nanotechnologie und Kohlenstoffbeschichtung verbessert.
Reiche Lithium -Mangan -Basis:
Die theoretische Kapazität beträgt größer als 300 mAh/g, aber die Probleme der Spannungsdämpfung und des geringen ersten Effekts müssen noch gelöst werden.
Negatives Elektrodenmaterial
Graphit:Mainstream -Lösung, spezifische Kapazität ~ 372mAh/g, nahe der theoretischen Grenze.
Negative Elektrode auf Siliziumbasis: theoretical capacity reaches 4200mAh/g, but volume expansion (>300%) führt zu einem schlechten Radfahren. Die Lösung umfasst Nano Silicon Carbon Composite und Porous Structure Design.
Negative Elektrode von Lithiummetall:Eine mögliche Option für Festkörperbatterien, das Dendritproblem ist jedoch schwerwiegend.
Elektrolyt
Flüssigelektrolyt:Lithium hexafluorophosphat (LIPF6) ist die Hauptkomponente, und Additive wie VC und FEC sind erforderlich, um den SEI -Film zu verbessern.
Festkörperelektrolyte:Oxid (LLZO), Sulfid (LGPs) und Polymer (PEO) mit Ionenleitfähigkeit (10 ⁻³ ~ 10 ⁻² S/cm) und Grenzflächenimpedanz sind wichtige Engpässe.
Membran
Der Trend des Basisfilms von Polyolefin (PE/PP) ist dünner (dünne (<10 μ m)+ceramic coating to enhance heat resistance. The uniformity of pore size in wet process is better than that in dry process.
2 Zellstrukturdesign
Zylindrische Batteriezellen (wie 21700, 4680)
Der Tesla 4680 verwendet ein Tisch -Design, bei dem der interne Widerstand um 50%reduziert wird. Das vollständige Pole -Ohr -Ohr -Laser -Schweißverfahren ist jedoch komplex.
Quadratische Batteriezelle
Stapelung (CATL) gegen Wicklung (BYD), Stapelung hat eine höhere Energiedichte um 5%, aber eine geringere Produktionseffizienz. Die CTP -Technologie (Cell to Pack) eliminiert Module und erreicht eine Gruppierungseffizienz von über 75%.
Batteriezelle weiche Packung
Aluminium -Kunststoffverpackung, leicht, aber mit schlechter mechanischer Festigkeit. Die General Motors Ultium -Plattform nimmt ein "flexibles" Design ein.
3 Hauptpunkte des Herstellungsprozesses
Elektrodenbeschichtung:Die Konsistenzabweichung der Oberflächendichte sollte weniger als ± 1,5%betragen, und trockene Elektroden (wie Quantumscape) können Lösungsmittel beseitigen.
Polar -Roller drücken:Die Verdichtungsdichte beeinflusst die Ionendiffusion und Graphit -negative Elektroden beträgt normalerweise 1. 6-1. 8g/cm ³.
Injektion und Bildung:Nach der Vakuuminjektion erfordert die Bildung des SEI-Films mehrstufiges Laden und Entladungen (wie 0. 02c langsames Laden).
Trocknungskontrolle:Der Feuchtigkeitsgehalt sollte weniger als 500 ppm betragen, um zu verhindern, dass LIPF6 HF hydrolysiert und erzeugt.
4 Durchbruch in der modernen Technologie
Ultrahohe Nickel -positive Elektrode:Monokristalline+Gradienten -Doping (wie Al/Mg) verbessert die Stabilität.
Verbundstromsammler:PET -Substrat+Kupfer/Aluminiumbeschichtung (wie Catl), die das Gewicht um 40% verringert und die Sicherheit verbessert.
Pre -Lithiation -Technologie:Positive Elektroden -Lithium -Supplementierung (li ₂ nio ₂) oder negative Elektroden -Lithiumfolie, um den ersten Effektverlust auszugleichen.
Trockenelektrode:Der Erwerb von Tesla von Maxwell fördert lösungsmittelfreie Prozesse und verringert den Energieverbrauch um 80%.
5 Herausforderungen und Trends
Energiedichte:Die theoretische Grenze der Flüssigkeitsbatterien beträgt etwa 350 wh/kg, während Festkörperbatterien 500Wh/kg überschreiten können.
Schnelle Ladetechnologie:Siliziumnegative Elektrode+superkondierender Elektrolyt kann in 15 Minuten auf 80% geladen werden, aber das Risiko für Lithiumniederschlag muss unterdrückt werden.
Recycling -Wirtschaft:Die Nasswiederherstellungseffizienz von Kobalt und Nickel beträgt mehr als 98%, aber für das Recycling von LFP-Batterien müssen kostengünstige Lösungen entwickelt werden.
6 Aus der Perspektive der Industriekette
Ausrüstung:Die Präzision der Beschichtungsmaschine erreicht ± 1 μm und die Geschwindigkeit der Wickelmaschine ist größer als 3 m/s (intelligent führend).
Kosten:LFP -Batteriezellen wurden auf reduziert auf<80/kWh, while ternary battery cells are around 100/kWh.