1 ระบบวัสดุหลัก
วัสดุอิเล็กโทรดบวก
วัสดุองค์ประกอบสามชนิด (NCM\/NCA):
นิกเกิล (Ni) ช่วยเพิ่มความสามารถโคบอลต์ (CO) เสถียรโครงสร้างและแมงกานีส\/อลูมิเนียม (Mn\/al) ช่วยเพิ่มความปลอดภัย เนื้อหานิกเกิลสูง (เช่น NCM811, NCA) เป็นแนวโน้ม แต่ความท้าทายด้านความมั่นคงทางความร้อนนั้นมีความสำคัญ
ความยากลำบากทางเทคนิค: เมื่อเนื้อหานิกเกิลมากกว่า 90%มีปัญหาที่สำคัญเกี่ยวกับการผลิตวัฏจักรและการผลิตก๊าซ
ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP):
ความปลอดภัยสูงและต้นทุนต่ำ แต่ความหนาแน่นของพลังงานต่ำ (~ 160wh\/kg) แบตเตอรี่ BYD Blade เป็นนวัตกรรมโครงสร้างทั่วไปที่ปรับปรุงการนำไฟฟ้าผ่านนาโนเทคโนโลยีและการเคลือบคาร์บอน
ฐานแมงกานีสลิเธียมที่อุดมไปด้วย:
ความสามารถทางทฤษฎีมากกว่า 300mAh\/g แต่ปัญหาของการลดทอนแรงดันไฟฟ้าและเอฟเฟกต์แรกต่ำยังคงได้รับการแก้ไข
วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ
กราไฟท์:โซลูชันกระแสหลักความสามารถเฉพาะ ~ 372mAh\/g ใกล้กับขีด จำกัด ทางทฤษฎี
อิเล็กโทรดเชิงลบจากซิลิคอน: theoretical capacity reaches 4200mAh/g, but volume expansion (>300%) นำไปสู่การขี่จักรยานที่ไม่ดี วิธีแก้ปัญหารวมถึงคอมโพสิตคาร์บอนนาโนซิลิคอนและการออกแบบโครงสร้างที่มีรูพรุน
อิเล็กโทรดเชิงลบของโลหะลิเธียม:ตัวเลือกที่เป็นไปได้สำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตต แต่ปัญหา dendrite นั้นรุนแรง
อิเล็กโทรไลต์
อิเล็กโทรไลต์เหลว:Lithium Hexafluorophosphate (LIPF6) เป็นองค์ประกอบหลักและจำเป็นต้องใช้สารเติมแต่งเช่น VC และ FEC เพื่อปรับปรุงฟิล์ม SEI
อิเล็กโทรไลต์สถานะของแข็ง:ออกไซด์ (LLZO), ซัลไฟด์ (LGPS) และพอลิเมอร์ (PEO) โดยมีการนำไอออน (10 ⁻³ ~ 10 ⁻² S\/cm) และความต้านทานต่อการเชื่อมต่อเป็นคอขวดสำคัญ
กะบังลม
แนวโน้มของฟิล์มฐาน polyolefin (PE\/PP) กำลังทำให้ผอมบาง (<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 การออกแบบโครงสร้างเซลล์
เซลล์แบตเตอรี่ทรงกระบอก (เช่น 21700, 4680)
Tesla 4680 ใช้การออกแบบแท็บเตสซึ่งลดความต้านทานภายใน 50%แต่กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์หูขั้วเต็มรูปแบบนั้นซับซ้อน
เซลล์แบตเตอรี่รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส
การสแต็ก (CATL) เทียบกับการคดเคี้ยว (BYD) การสแต็กมีความหนาแน่นของพลังงานสูงขึ้น 5% แต่ลดประสิทธิภาพการผลิต เทคโนโลยี CTP (Cell to Pack) ช่วยลดโมดูลและบรรลุประสิทธิภาพการจัดกลุ่มมากกว่า 75%
เซลล์แบตเตอรี่แพ็คนุ่ม
บรรจุภัณฑ์พลาสติกอลูมิเนียมน้ำหนักเบา แต่มีความแข็งแรงเชิงกลไม่ดี แพลตฟอร์ม General Motors Ultium ใช้การออกแบบที่ "ยืดหยุ่น"
3 จุดสำคัญของกระบวนการผลิต
การเคลือบอิเล็กโทรด:ความเบี่ยงเบนความสอดคล้องของความหนาแน่นของพื้นผิวควรน้อยกว่า± 1.5%และขั้วไฟฟ้าแห้ง (เช่นควอนตัมสซิป) สามารถกำจัดตัวทำละลายได้
การกดลูกกลิ้งขั้วโลก:ความหนาแน่นของการบดอัดมีผลต่อการแพร่กระจายของไอออนและขั้วลบกราไฟท์มักจะเป็น 1. 6-1. 8G\/cm ³
การฉีดและการก่อตัว:หลังจากฉีดสูญญากาศการก่อตัวของฟิล์ม SEI ต้องใช้การชาร์จและการปล่อยหลายขั้นตอน (เช่น 0. 02C การชาร์จช้า)
การควบคุมการอบแห้ง:ปริมาณความชื้นควรน้อยกว่า 500ppm เพื่อป้องกันไม่ให้ LIPF6 ไม่ให้ไฮโดรไลซ์และสร้าง HF
4 ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีที่ทันสมัย
อิเล็กโทรดบวกนิกเกิลสูงเป็นพิเศษ:Monocrystalline+การไล่ระดับสี (เช่น Al\/mg) ช่วยเพิ่มความเสถียร
คอมโพสิตปัจจุบันตัวสะสม:สารตั้งต้น PET+การเคลือบทองแดง\/อลูมิเนียม (เช่น CATL) ลดน้ำหนักลง 40% และปรับปรุงความปลอดภัย
เทคโนโลยี pre lithiation:การเสริมลิเธียมอิเล็กโทรดอิเล็กโทรด (Li ₂ nio ₂) หรืออิเล็กโทรดลิเธียมฟอยล์ลบอิเล็กโทรดเพื่อชดเชยการสูญเสียผลครั้งแรก
อิเล็กโทรดแห้ง:การซื้อ Maxwell ของเทสลาส่งเสริมกระบวนการที่ปราศจากตัวทำละลายลดการใช้พลังงาน 80%
5 ความท้าทายและแนวโน้ม
ความหนาแน่นพลังงาน:ขีด จำกัด ทางทฤษฎีของแบตเตอรี่ของเหลวอยู่ที่ประมาณ 350Wh\/kg ในขณะที่แบตเตอรี่โซลิดสเตตอาจเกิน 500wh\/kg
เทคโนโลยีการชาร์จที่รวดเร็ว:อิเล็กโทรดเชิงลบของซิลิคอน+อิเล็กโทรไลต์ตัวนำยิ่งยวดสามารถชาร์จได้ถึง 80% ใน 15 นาที แต่ต้องระงับความเสี่ยงของการตกตะกอนของลิเธียม
เศรษฐกิจรีไซเคิล:ประสิทธิภาพการกู้คืนแบบเปียกของโคบอลต์และนิกเกิลมีมากกว่า 98%แต่ต้องพัฒนาโซลูชันที่มีต้นทุนต่ำสำหรับการรีไซเคิลแบตเตอรี่ LFP
6 จากมุมมองของห่วงโซ่อุตสาหกรรม
อุปกรณ์:ความแม่นยำของเครื่องเคลือบถึง± 1 μ m และความเร็วของเครื่องขดลวดมากกว่า 3m\/s (ชั้นนำอัจฉริยะ)
ค่าใช้จ่าย:เซลล์แบตเตอรี่ LFP ลดลงไป<80/kWh, while ternary battery cells are around 100/kWh.