การกระโดดประสิทธิภาพของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมนั้นอาศัยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีวัสดุ นวัตกรรมในวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบตัวคั่นและอิเล็กโทรไลต์โดยการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ทั่วโลกและอุตสาหกรรมกำลังผลักดันวิวัฒนาการของเซลล์แบตเตอรี่ไปสู่ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและความปลอดภัยที่ดีขึ้น นวัตกรรมวัสดุโซ่เต็มรูปแบบนี้เป็นแรงผลักดันหลักสำหรับยานพาหนะพลังงานใหม่การจัดเก็บพลังงานและสาขาอื่น ๆ
1 วัสดุอิเล็กโทรดบวก: สมดุลความจุและความเสถียรสูง
เส้นทาง "High Nickel Ternary" ของจีนยังคงบุกรุกผ่าน วัสดุอิเล็กโทรดบวก NCM911 (ที่มีเนื้อหานิกเกิล 90%) ที่พัฒนาโดยองค์กรบางแห่งมีความจุเฉพาะ 220mAh/g ซึ่งสูงกว่า NCM811 10% และความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์แบตเตอรี่เกิน 800Wh/L ผ่านกระบวนการ "Monocrystalline+Coating": อนุภาครองถูกแบ่งออกเป็นผลึกเดี่ยว (ขนาดอนุภาค 3 μ m) และพื้นผิวจะถูกเคลือบด้วยฟิล์มบาง lipo3 (ความหนา 2NM) หลังจาก 500 รอบอัตราการเก็บรักษากำลังการผลิตสูงถึง 90%แก้ปัญหาการล่มสลายของโครงสร้างในวัสดุนิกเกิลสูง ในระดับสูง - แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าสิ้นสุดวัสดุนี้จะเปิดใช้งานช่วงมากกว่า 1,000 กิโลเมตร
นวัตกรรมของแคโทดฟรีโคบอลต์ในสหรัฐอเมริกาลดค่าใช้จ่าย อิเล็กโทรดเชิงบวกของลิเธียมแมงกานีส (LMFP) อิเล็กโทรดที่พัฒนาโดยเทสลาได้เพิ่มความสามารถเฉพาะจาก 170mAh/g ของ LFP เป็น 190mAh/g โดยการเติมด้วยองค์ประกอบแมงกานีส (เนื้อหา 20%) ในขณะที่เพิ่มแพลตฟอร์มแรงดันไฟฟ้า 0.2V กระบวนการ "ของเหลว - การสังเคราะห์เฟส" ลดต้นทุนวัสดุลง 30% เมื่อเทียบกับ NCM และไม่มีองค์ประกอบโคบอลต์ (เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของทรัพยากร) การทดสอบแสดงให้เห็นว่าเซลล์ที่ใช้ LMFP มีอัตราการเก็บรักษาความจุ 85% ที่ - 20 องศาซึ่งสูงกว่า LFP 15% และเหมาะสำหรับสถานการณ์อุณหภูมิต่ำ 15%
2 วัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ: การมาถึงของซิลิคอน - ยุคอิง
การพัฒนาเชิงพาณิชย์ของญี่ปุ่นใน "คอมโพสิตซิลิกอนคาร์บอน" อิเล็กโทรดเชิงลบของซิลิกอนคาร์บอนที่พัฒนาโดยพานาโซนิค (ที่มีปริมาณซิลิกอน 20%) มีความจุเฉพาะ 600mAh/g ซึ่งเป็น 1.5 เท่าของขั้วไฟฟ้าลบกราไฟท์และเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์แบตเตอรี่ 20% ผ่านการออกแบบ "อนุภาคซิลิกอนนาโน+การเคลือบคาร์บอน": ขนาดของอนุภาคซิลิกอนถูกควบคุมที่ 50nm (เพื่อหลีกเลี่ยงการขยายตัวของปริมาตรและการกระจายตัว) และพื้นผิวจะถูกเคลือบด้วยชั้นคาร์บอนแข็ง (ความหนา 5nm) หลังจาก 200 รอบอัตราการรักษากำลังการผลิตสูงถึง 85% อิเล็กโทรดเชิงลบถูกนำไปใช้กับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าบางชนิดซึ่งมีความหนาแน่นพลังงาน 300Wh/kg ในชุดแบตเตอรี่
'อิเล็กโทรดเชิงลบที่ใช้ไทเทเนียม' ของยุโรปมุ่งเน้นไปที่ความปลอดภัย อิเล็กโทรดเชิงลบลิเธียมไททาเนต (LTO) ของ บริษัท เยอรมันมีลักษณะความเครียดเป็นศูนย์ (อัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณ<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 ไดอะแฟรมและอิเล็กโทรไลต์: การรับประกันความปลอดภัยและการนำไฟฟ้าที่มองไม่เห็น
'เมมเบรนเคลือบ' ของเกาหลีใต้ช่วยเพิ่มความต้านทานอุณหภูมิสูง ไดอะแฟรมเคลือบเซรามิกของ LG Chem (สารตั้งต้น PP เคลือบด้วยความหนาของ Al ₂ O3 ที่ 3 μ m) มีการปรับปรุงความต้านทานอุณหภูมิจาก 160 องศาเป็น 200 องศาโดยมีความแข็งแรงของการเจาะ 300GF ซึ่งสูงกว่าไดอะแฟรมธรรมดา 50% ในการทดสอบความร้อนการหลบหนีไดอะแฟรมสามารถชะลอเวลาลัดวงจรของเซลล์แบตเตอรี่ถึง 15 นาทีเวลาซื้อเพื่อการตอบสนองความปลอดภัยของระบบแบตเตอรี่ การออกแบบ "nanopore" (ที่มีขนาดรูขุมขน 0.1 μ m) เพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของไอออน 10% และลดความต้านทานภายในของเซลล์แบตเตอรี่
'Flame สารหน่วงไฟ' ของจีนเอาชนะจุดปวดความปลอดภัย อิเล็กโทรไลต์ "LIFSI+ฟอสเฟตเอสเตอร์" ที่พัฒนาขึ้นโดยองค์กรบางแห่งด้วยการเติมสารหน่วงไฟ 10% (Triethyl Phosphate Ester) เพิ่มจุดจุดระเบิดของอิเล็กโทรไลต์จาก 180 องศาเป็น 300 องศาโดยไม่ส่งผลกระทบต่อการนำไอออน (รักษา 10MS/CM) ในการทดสอบการเจาะเข็มเซลล์แบตเตอรี่ที่ใช้ควันอิเล็กโทรไลต์นี้เท่านั้นและไม่ระเบิดและผ่านการรับรอง UL94 V - 0 ในเวลาเดียวกันอิเล็กโทรไลต์ช่วยให้เซลล์แบตเตอรี่สามารถรักษาอัตราการเก็บรักษาความจุได้ 70% ที่ -30 องศาขยายขอบเขตของการใช้งานอุณหภูมิต่ำ
นวัตกรรมวัสดุของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมกำลังเปลี่ยนจาก "การเพิ่มประสิทธิภาพวัสดุเดี่ยว" เป็น "การทำงานร่วมกันของระบบเต็มรูปแบบ" ในอนาคตด้วยวุฒิภาวะของอิเล็กโทรไลต์ -} อิเล็กโทรไลต์สถานะ (ค่าการนำไฟฟ้าของไอออนเกิน 10 ⁻ s/cm) และขั้วไฟฟ้าที่ปราศจากโลหะหายากเซลล์แบตเตอรี่จะบรรลุเป้าหมายสูงสุดของ "ความหนาแน่นของพลังงาน 1,000 วัตต์