Цялостен анализ на литиевите батерии: от основите до производството, структурата, процесите, приложенията и тенденциите в индустрията

Литиевите батерии отдавна са „енергийното ядро“ в сектори като потребителска електроника, нови енергийни превозни средства, системи за съхранение на енергия и дори ниска{0}}надморска височина. Вариращи от малки устройства като мобилни телефони и лаптопи до широко{2}}мащабно оборудване като електрически превозни средства и електроцентрали за съхранение на енергия, тяхната производителност директно определя издръжливостта, нивото на безопасност и експлоатационния живот на оборудването. Тази статия изчерпателно разглобява този критичен енергиен компонент, като обхваща неговия основен състав, сравнение на предимствата и недостатъците, система за класификация, професионална терминология, правила за именуване, както и целия производствен процес и индустриални практики, разкривайки техническите мистерии на литиевите батерии за вас.

I. Основен състав на литиеви батерии: Синергия между „сърце“ и „мозък“

Стабилната работа на литиева батерия разчита на синергията на две основни системи: "енергийно захранване" и "контрол на безопасността". По-конкретно, той може да бъде разделен на две части: клетката на батерията и защитната платка (или BMS), всяка от които има незаменима функция.

1. Батерийна клетка: „Енергийното сърце“ на литиевите батерии

Батерийната клетка е ядрото за съхраняване и освобождаване на електрическа енергия, еквивалентно на „сърцето“ на литиева батерия. Неговата производителност директно определя енергийната плътност, цикъла на живот и безопасността на батерията. Батерийната клетка се състои основно от 5 ключови компонента:

Материал на катода: "Източник" на изходна енергия, който освобождава литиеви йони по време на разреждане. Обичайните материали включват литиево-кобалтов оксид (LiCoO₂, използван в потребителската електроника като мобилни телефони и лаптопи, включващ високоволтова платформа, но слаба безопасност), литиево-железен фосфат (LiFePO₄, използван при съхранение на енергия и електрически превозни средства, с висока безопасност и дълъг живот на цикъла), трикомпонентен литий (LiNiₓCoᵧMn_zO₂, използван в висок-клас електрически превозни средства, отличаващи се с висока енергийна плътност) и литиев манганат (LiMn₂O₄, използван в електроинструменти, с ниска цена, но слаба стабилност при висока -температура).

Материал на анода: „Складът“ за съхранение на енергия, който адсорбира литиеви йони по време на зареждане и ги изпраща обратно към катода по време на разреждане. В момента графитът е основният поток (с ниска цена и добра стабилност, представляващ повече от 90% от пазара на анодни материали). Новото поколение аноди на базата на силиций (с теоретичен капацитет повече от 10 пъти по-голям от този на графита) постепенно се комерсиализира, докато анодите от литиеви метали все още са в етап на научноизследователска и развойна дейност поради проблеми с дендритите.

Електролит: „Каналът“ за миграция на литиеви йони, обикновено съставен от литиева сол (напр. LiPF₆, осигуряваща литиеви йони), органични разтворители (напр. карбонати, разтварящи литиеви соли) и добавки (подобряващи живота на цикъла и безопасността). Неговата чистота и стабилност пряко влияят върху ефективността при високи и ниски-температури и нивото на безопасност на батерията. Например прекомерната влага ще реагира с литиеви соли, за да генерира вредни газове, причинявайки потенциални опасности за безопасността.

Разделител: „Преградата за безопасност“ между катода и анода, порест полимерен филм (предимно полиетилен PE и полипропилен PP). Той може не само да предотврати директен контакт и късо съединение между катода и анода, но и да позволи преминаването на литиевите йони. Високо{2}}качествените сепаратори трябва да имат еднакъв размер на порите, достатъчна механична якост и химическа стабилност. При високи температури те могат също така да блокират предаването на йони чрез "ефекта на изключване", за да избегнат топлинно бягство.

Черупка: „Защитното покритие“ на клетката на батерията, разделено на алуминиева обвивка (призматични батерии, като батерии за мобилни телефони), стоманена обвивка (цилиндрични батерии, като 18650) и алуминиево-пластмасово композитно фолио (батерии в торбичка, като тънки мобилни телефони и носими устройства) според формата. Обвивката трябва да има взривоустойчиви,-високо{4}}температурни и -корозионни свойства, като същевременно е възможно най-лека, за да се подобри енергийната плътност на батерията.

2. Защитна платка: „Мозъкът за безопасност“ на литиевите батерии

Ако клетката на батерията е „енергийното сърце“, защитната платка е „мозъкът за безопасност“, отговорен за наблюдение на състоянието на зареждане и разреждане на батерията, за да се избегнат рискове като презареждане, пре-разреждане и късо съединение. Защитната платка на захранващите батерии обикновено се нарича система за управление на батерията (BMS) с по-сложна структура, докато защитната платка на потребителските батерии (като батерии за мобилни телефони) е относително опростена. Основните компоненти включват:

Защитен чип/чип за управление: Основният контролен блок, който в реално-време следи напрежението, тока и температурата на батерията. Когато се открият аномалии (напр. презареждане с напрежение над 4,2 V, пре-разреждане с напрежение под 3,0 V), той задейства защитния механизъм.

MOSFET: "Превключвателят" на тока, който прекъсва или провежда веригата за зареждане и разреждане според инструкциите на чипа. Например, по време на презареждане, MOSFET прекъсва пътя за зареждане, за да избегне повреда на батерията.

Резистори и кондензатори: Спомагателни компоненти, използвани за текущо вземане на проби и филтриране на напрежение, за да се гарантира точността на данните за откриване.

ПХБ платка: "Носител" на компоненти, интегриращи чипове, MOSFET и други части за формиране на стабилна електрическа система.

PTC/NTC: Компоненти за защита от температура. PTC (термистор с положителен температурен коефициент) има рязко увеличение на съпротивлението при високи температури за ограничаване на тока; NTC (термистор с отрицателен температурен коефициент) усеща температурата в реално време и предоставя данни за температурата за чипа.

II. Предимства и недостатъци на литиевите батерии: Защо могат да се превърнат в основния източник на енергия?

Литиевите батерии могат да заменят оловно-киселинните, никел-кадмиевите и никел-металните хидридни батерии, за да се превърнат в първия избор в потребителската електроника и новите енергийни области, благодарение на изключителните си предимства в производителността, но имат и неоспорими недостатъци. Можем да разберем по-интуитивно позиционирането на литиевите батерии чрез хоризонтално сравнение на четири основни типа батерии:

1. Основни предимства: Защо литиевите батерии са незаменими?

Висока енергийна плътност: Гравиметричната енергийна плътност е 4-8 пъти по-голяма от тази на оловно-киселинните батерии, а обемната енергийна плътност е 4-5 пъти по-голяма от тази на оловно-киселинните батерии. Това означава, че литиевите батерии могат да съхраняват повече електрическа енергия при същото тегло/обем. Например литиева батерия за мобилен телефон с капацитет 1900mAh тежи само около 20g, докато оловно-киселинна батерия със същия капацитет тежи повече от 1kg, което е напълно неподходящо за преносими устройства.

Дълъг цикъл на живот: Високо{0}}качествените литиеви батерии могат да постигнат повече от 1500 цикъла, а литиево-железните фосфатни батерии могат дори да надхвърлят 6000 цикъла, докато оловно-киселинните батерии имат само 200-300 цикъла. Като вземем за пример електрическите превозни средства, моделите, оборудвани с литиеви батерии, имат живот на батерията от 5-8 години, което далеч надхвърля 1-2 години на оловно-киселинните батерии.

Екологичен и{0}}без замърсяване: Без токсични тежки метали като олово, живак и кадмий, той е екологичен през целия жизнен цикъл на производство, употреба и бракуване, в съответствие с глобалната тенденция за "двоен въглерод". Обратно, замърсяването с олово от оловно-киселинни батерии и замърсяването с кадмий от никел-кадмиеви батерии е ограничено в много страни.

Ниска скорост-на саморазреждане: Месечният-процент на саморазреждане е само 2%-9%, много по-нисък от 20%-30% за никел-метал хидридни батерии. Напълно заредена литиева батерия на мобилен телефон все още може да запази повече от 80% от мощността си, след като не е използвана в продължение на един месец, докато никел-метал хидридната батерия може да има само 50% оставащи.

Платформа за високо напрежение: Номиналното напрежение на една клетка е 3,2-3,7V, еквивалентно на серийното напрежение на 3 никел-кадмиеви/никел-метал хидридни батерии. Той може да отговори на изискванията за оборудване без множество серийни връзки, опростявайки дизайна на батерията.

2. Основни недостатъци: Какви проблеми все още трябва да бъдат разрешени?

Висока цена: Цената на батерията е около 2,0-3,5 CNY на Wh, 2-5 пъти повече от тази на оловно-киселинните батерии. Въпреки че постепенно намалява с мащабното производство, той все още е основният разходен артикул за нови енергийни превозни средства и системи за съхранение на енергия.

Лоша температурна адаптивност: Оптималната работна температура е 0-45 градуса. Когато температурата е под 0 градуса, капацитетът намалява значително (напр. при -20 градуса капацитетът може да остане само 50%); когато температурата е над 60 градуса, има рискове за безопасността. Необходимо е да се конфигурират допълнителни системи за отопление/охлаждане, което увеличава разходите и сложността.

Опасности за безопасността: Течните електролити са запалими. Ако системата за защита се повреди (като презареждане, пробиване, екструзия), това може да причини термично изтичане, водещо до пожар и експлозия. Следователно литиевите батерии трябва да бъдат оборудвани с BMS или защитни платки и не могат да се използват „голи“ като оловно-киселинните батерии.

Високи изисквания към зарядните устройства: Необходими са зарядни устройства с постоянен ток и постоянно напрежение, за да се осигури стабилен процес на зареждане и да се избегне презареждането, докато оловно{0}}киселинните батерии се нуждаят само от обикновен регулатор на напрежението и цената на зарядното устройство е по-ниска.

III. Система за класификация на литиеви батерии: Как да изберем за различни сценарии?

Има много видове литиеви батерии, които могат да бъдат разделени на множество категории според различни размери. Батериите от различни категории имат значителни разлики в производителността и са подходящи за различни сценарии. Овладяването на логиката на класификацията може да ви помогне да разберете по-добре „защо кобалтовите литиеви батерии се използват в мобилните телефони, а литиево-железните фосфатни/тройните литиеви батерии се използват в електрическите превозни средства“.

1. По характеристики на зареждане и разреждане: първични батерии срещу вторични батерии

Първични (не{0}}акумулаторни) батерии: Известни също като литиеви първични батерии, като литиево-манганов диоксидни батерии (CR2032 бутонни батерии, използвани в дистанционни управления и часовници) и литиево-тионилхлоридни батерии (използвани в устройства за Интернет на нещата и медицински имплантируеми инструменти). Отличават се с голям капацитет и дълъг живот на съхранение (до 10 години), но не могат да се презареждат и се изхвърлят след употреба.

Вторични (акумулаторни) батерии: Известни още като акумулаторни батерии, те са най-често използваният тип в ежедневието, като например батериите за мобилни телефони и батериите за електрически превозни средства. Могат да се зареждат и разреждат многократно 500-1500 пъти. Ядрото е обратимата реакция на "миграция на литиеви йони между катода и анода", която също е фокусът на тази статия.

2. По материал на катода: Определяне на основната производителност на батериите

Това е най-основният метод за класификация и катодният материал директно определя енергийната плътност, безопасността и цената на батерията:

Литиев кобалтов оксид (LiCoO₂): Висока енергийна плътност (200-250Wh/kg), платформа с високо напрежение (3,7V), но лоша безопасност и кратък живот на цикъла (500-800 цикъла), използвани главно в потребителска електроника като мобилни телефони и лаптопи.

Литиево-железен фосфат (LiFePO₄): Изключително висока безопасност (температурата на топлинен изход надвишава 200 градуса), дълъг живот на цикъла (1500-6000 цикъла), ниска цена, но ниска енергийна плътност (120-180Wh/kg), използва се главно в системи за съхранение на енергия, електрически автобуси и електрически превозни средства от нисък клас.

Троен литий (LiNiₓCoᵧMn_zO₂): Висока енергийна плътност (200-300Wh/kg), добра производителност при ниски-температури, но средна безопасност и висока цена. Разделен е на NCM523, NCM622 и NCM811 според съдържанието на никел (колкото по-високо е съдържанието на никел, толкова по-висока е енергийната плътност), използва се главно в електрически превозни средства от висок клас и дронове.

Литиев манганат (LiMn₂O₄): Ниска цена, добра стабилност при високи-температури, но ниска енергийна плътност (100-150Wh/kg) и кратък живот на цикъла (300-500 цикъла), използвани главно в електрически инструменти и нискоскоростни електрически превозни средства.

3. По форма: Адаптиране към различни пространства за оборудване

Цилиндрични батерии: Като 18650 (18 мм в диаметър, 65 мм височина) и 21700 (21 мм в диаметър, 70 мм височина), със стабилна структура и висока ефективност на масовото производство, използвани главно в лаптопи и електрически превозни средства (напр. ранните модели на Tesla използваха 18650, а по-късно преминаха към 21700).

Призматични батерии: Като например батерии за мобилни телефони (3-5 mm дебелина, 40-60 mm ширина) и батерии за захранване на електрически превозни средства (10-20 mm дебелина, 100-200 mm ширина), с висока степен на използване на пространството и могат да бъдат персонализирани според размера на оборудването, което е основната форма на електрически превозни средства в момента.

Пакет батерии: Капсулирани с алуминиев-пластмасов композитен филм, те могат да бъдат направени ултра{1}}тънки (0,5-2 mm дебелина) и гъвкави, използвани главно в тънки мобилни телефони, устройства за носене (като смарт часовници) и сгъваеми мобилни телефони.

4. По състояние на електролита: течност срещу полимер

Литиево-йонни батерии (LIB): Използване на течни електролити с висока енергийна плътност и ниска цена, но има риск от изтичане. Повечето цилиндрични и призматични твърди -батерии принадлежат към тази категория.

Полимерни литиеви батерии (PLB): Използване на гел или твърди електролити, без риск от изтичане и може да се деформира гъвкаво. Повечето торбички принадлежат към тази категория, използвани главно в потребителската електроника.

5. По приложение: обикновени батерии срещу захранващи батерии

Обикновени батерии: Използва се в потребителска електроника като мобилни телефони и лаптопи, с малък капацитет (1000mAh-10Ah) и ниска скорост на разреждане (0,5-2C), изискваща висока енергийна плътност.

Захранващи батерии: Използва се в електрически превозни средства и дронове, с голям капацитет (50Ah-500Ah) и висока скорост на разреждане (5-30C), трябва да издържат на голямо разреждане на тока (напр., когато колата ускорява), изискващи по-висока безопасност и живот на цикъла.

IV. Основна терминология на литиевите батерии: Разграничаване на понятията от капацитет до SOC

Когато купувате или използвате литиеви батерии, често ще срещате термини като „капацитет“, „C-скорост“ и „SOC“. Разбирането на тези понятия може да ви помогне да прецените точно производителността на батерията и да избегнете подвеждане от „фалшиво маркирани параметри“.

1. Капацитет: Колко електричество може да съхранява една батерия?

Определение: Количеството електричество, което една батерия може да освободи при определени условия на разреждане, изчислено по формулата Q=I×t (I е ток, t е време), с единици Ah (ампер-час) или mAh (милиампер-час).

Просто обяснение: 1Ah означава, че батерията може да се разрежда при ток 1A за 1 час, а 1mAh означава, че може да се разрежда при ток 1mA за 1 час. Например, батерия на мобилен телефон с 1900mAh означава, че може да се разрежда при 190mA ток за 10 часа.

Често срещани сценарии: Батерии за мобилен телефон: 800-1900mAh; електрически велосипеди: 10-20Ah; електромобили: 20-200Ah; батерии за съхранение на енергия: 100-1000Ah.

2. Скорост на зареждане/разреждане (C-rate): Колко бързо е зареждането/разреждането?

Определение: Токът на зареждане/разреждане, изразен като кратно на номиналния капацитет на батерията. 1C е токът за „пълно зареждане/разреждане за 1 час“.

Метод на изчисление: Ако капацитетът на батерията е 1500mAh, 1C=1500mA, 2C=3000mA (напълно разреден за 0,5 часа), 0,1C=150mA (напълно разреден за 10 часа).

Бележки: Колкото по-висока е степента на разреждане, толкова по-нисък е действителният капацитет на батерията (напр. капацитетът при 2C разряд може да бъде само 80% от този при 1C разряд) и толкова по-сериозно е генерирането на топлина. Следователно батериите трябва да имат висока-способност за разреждане (напр. електрическите превозни средства изискват повече от 5C).

3. Напрежение (OCV): „Напреженовата платформа“ на батериите

Номинално напрежение: Номиналното напрежение на батерията. Обикновените литиеви батерии са 3,2-3,7 V (литиево-кобалтов оксид: 3,7 V; литиево-железен фосфат: 3,2 V), което е важен индикатор за производителността на батерията.

Напрежение на отворена верига (OCV): Напрежението на батерията, когато няма свързан товар, което може да се използва за преценка на състоянието на батерията (напр. OCV на напълно заредена литиево-кобалтово-оксидна батерия е около 4,2 V и около 3,0 V, когато е изтощена).

Платформа за напрежение: Диапазонът на стабилно напрежение по време на зареждане и разреждане на батерията (обикновено 20%-80% от капацитета), където напрежението се променя малко. Например платформата за напрежение на литиево-кобалтови оксидни батерии е 3,6-3,9 V, което също е нормалният диапазон на работно напрежение на оборудването.

4. Енергия и мощност: Колко дълго може да се използва? Колко мощност може да изведе?

енергия: Общата електрическа енергия, която батерията може да съхранява, изчислена по формулата E=U×Q (U е напрежение, Q е капацитет), с единици Wh (ват-час) или kWh (киловат-час, 1kWh=1 степен на електричество). Например батерия на мобилен телефон с 1900mAh и 3,7V има енергия от 3,7V×1,9Ah=7.03Wh.

Мощност: Енергията, която батерията може да изведе за единица време, изчислена по формулата P=U×I, с единици W (ват). Мощността определя "разрушителната мощност" на оборудването. Например електрическите превозни средства се нуждаят от батерии с висока-мощност, когато ускоряват, докато мобилните телефони се нуждаят само от батерии с ниска{4}}мощност.

5. Цикъл на живот: Колко пъти може да се зарежда и разрежда една батерия?

Определение: Едно зареждане и разреждане на батерията е един цикъл. Когато капацитетът спадне до 60%-70% от първоначалния капацитет, това се счита за края на живота.

Стандартен тест: Стандартът IEC постановява, че литиеви батерии на мобилни телефони, разредени до 3,0 V при 0,2 °C и заредени до 4,2 V при 1 °C, трябва да имат капацитет по-голям или равен на 60% след 500 цикъла; националният стандарт предвижда, че капацитетът трябва да бъде по-голям или равен на 70% след 300 цикъла.

Предложение за употреба: Избягвайте дълбоко зареждане и разреждане (напр. не зареждайте до 100% или не разреждайте до 0% всеки път), което може да удължи живота на цикъла. Например поддържането на батерията на мобилния телефон на 20%-80% от мощността може да удължи живота до повече от 1000 цикъла.

6. Дълбочина на разреждане (DOD) и състояние на зареждане (SOC): Колко енергия остава в батерията?

DOD: Процентът на разредения капацитет спрямо номиналния капацитет. Например, ако разреденият капацитет е 500mAh и номиналният капацитет е 1000mAh, DOD=50%. Колкото по-дълбоко е DOD, толкова по-кратък е животът на батерията.

SOC: Процентът на оставащия капацитет спрямо номиналния капацитет. 0% означава липса на мощност, а 100% означава напълно зареден. BMS преценява оставащия заряд на батерията чрез SOC, а дисплеят на мощността на мобилния телефон се изчислява въз основа на SOC.

7. Изключено-напрежение: „Червената линия“ на зареждане/разреждане

Напрежение за прекъсване-зареждане: Напрежението, при което батерията не може да се зарежда допълнително. За литиево-кобалтови оксидни батерии е 4,2 V; за литиево-железни фосфатни батерии е 3,65 V. Превишаването на това напрежение ще причини повреда на клетката на батерията и термично изтичане.

Изключващо-напрежение на разряда: Напрежението, при което батерията не може да се разрежда повече. За литиево-кобалтови оксидни батерии е 3,0 V; за литиево-железни фосфатни батерии е 2,5 V. Под това напрежение ще причини необратима повреда на анода и капацитетът не може да бъде възстановен.

8. Вътрешно съпротивление: „Невидимата загуба“ на батериите

Определение: Съпротивлението вътре в батерията, което възпрепятства протичането на ток, с единици mΩ (милиом), разделено на омично вътрешно съпротивление (причинено от материали и структура) и поляризационно вътрешно съпротивление (причинено от електрохимични реакции).

Въздействие: Колкото по-малко е вътрешното съпротивление, толкова по-висока е ефективността на зареждане и разреждане на батерията и по-малко генериране на топлина. Например, вътрешното съпротивление на захранващите батерии трябва да се контролира под 50 mΩ, в противен случай ще възникне силно генериране на топлина по време на висок-токов разряд.

V. Правила за именуване на литиеви батерии: разбиране на размерите от моделите

Наименованието на литиевите батерии варира при различните производители, но общите батерии следват стандарта IEC61960. Видът и размерът на батерията могат да се преценят чрез модела, за да се избегне закупуването на грешен модел.

1. Цилиндрични батерии: 3 букви + 5 цифри

Значение на буквата: Първата буква показва материала на анода (I=вграден-в литиев йон, L=литиев метал); втората буква показва материала на катода (C=кобалт, N=никел, M=манган, V=ванадий); третата буква=R (цилиндрична).

Число Значение: Първите 2 числа=диаметър (mm), последните 3 числа=височина (mm).

Примери: ICR18650 - I (литиево-йонен анод), C (литиево-кобалтов оксиден катод), R (цилиндричен), 18 mm в диаметър, 65 mm височина, най-разпространената батерия за лаптопи и електрически превозни средства; INR21700 - I (литиево-йонен анод), N (никел-базиран катод, троен литий), R (цилиндричен), 21 mm в диаметър, 70 mm височина, с 50% по-висок капацитет от 18650, използван в Tesla Model 3.

2. Призматични батерии: 3 букви + 6 цифри

Значение на буквата: Първите две букви са същите като тези на цилиндричните батерии, третата буква=P (призматична).

Число Значение: Първите 2 числа=дебелина (mm), средните 2 числа=ширина (mm), последните 2 числа=височина (mm).

Примери: ICP053353 - I (литиево-йонен анод), C (катод от литиево-кобалтов оксид), P (призматичен), 5 mm дебелина, 33 mm ширина, 53 mm височина, типична батерия за мобилен телефон; IFP101520 - I (литиево-йонен анод), F (катод на базата на желязо-, литиево-железен фосфат), P (призматичен), 10 mm дебелина, 15 mm ширина, 20 mm височина, използвани в смарт часовници.

VI. Цял производствен процес на литиеви батерии: Стремеж към съвършенство във всяка стъпка от материалите до клетките

Производството на литиеви батерии е сложен и силно автоматизиран процес, включващ три основни връзки: предни-крайни, средни-крайни и бек-процеси. Прецизният контрол на всяка връзка пряко влияе върху производителността и безопасността на батерията, известна като "комбинацията от фина химическа промишленост и прецизно производство".

1. Преден-процес: Производство на лист електроди (ключ за определяне на капацитета на батерията)

Смесване на каша: Смесете катодни активни материали (напр. LiCoO₂), проводими агенти (сажди), свързващи вещества (PVDF) и разтворители (NMP) във вакуумен миксер, за да образувате еднородна каша; същото важи и за анода, с графит като активен материал, CMC/SBR като свързващо вещество и вода като разтворител. Основно изискване: Суспензията трябва да е еднородна без частици, в противен случай това ще доведе до неравномерен капацитет.

Покритие: Равномерно покрийте суспензията катод/анод върху токоприемника (алуминиево фолио за катода, медно фолио за анода), като контролирате дебелината на покритието (±1μm) и повърхностната плътност (тегло на активния материал на единица площ). Основно изискване: Покритието трябва да е равномерно, в противен случай това ще доведе до локално нагряване и намаляване на капацитета на батерията.

Сушене: Изпарете разтворителя (NMP или вода) в пещ, като температурата се контролира на 80-120 градуса. Скоростта и интензивността на вятъра трябва да бъдат точни, за да се избегне напукване и извиване на покритието.

Каландриране: Студено{0}}пресоване на изсушените електродни листове с прецизен каландр, за да се увеличи плътността на покритието (намаляване на порьозността), подобряване на енергийната плътност и осигуряване на еднаква дебелина (±0,5 μm).

Нарязване: Нарежете надлъжно широките листове електроди на тесни ленти с необходимата ширина, като избягвате неравностите (неравностите ще причинят късо съединение).

Заваряване на лапи: Заварете метални накрайници (алуминиеви накрайници за катода, никелови накрайници за анода) на определени позиции върху електродните листове като точки за извличане на ток. Качеството на заваряване трябва да гарантира липсата на студени спойки или фалшиви заварки.

2. Среден-краен процес: Сглобяване на клетка (ключ за определяне на безопасността на батерията)

Навиване/подреждане: Подредете катода, сепаратора и анода в реда на „сепаратор - анод - сепаратор - катод“ и ги навийте в цилиндрични/призматични клетки с машина за навиване (тип навиване) или ги подредете в призматични клетки с машина за подреждане (тип подреждане). Подреденият тип има по-висока степен на използване на пространството и по-ниско вътрешно съпротивление, но ниска ефективност; навитият тип има висока ефективност и е подходящ за масово производство.

Корпус/капсулиране: Поставете клетки с цилиндрична/призматична-твърда обвивка в метални обвивки (стоманени/алуминиеви обвивки); поставете клетки от торбичка в обвивки от-пластмасов композитен филм.

Печене: Поставете капсулованите клетки във вакуумна фурна и изпечете при 80-120 градуса за 4-8 часа, за да премахнете напълно влагата от клетките (съдържанието на влага трябва да се контролира под 50ppm), в противен случай тя ще реагира с електролита, за да генерира вредни газове.

Инжектиране на електролит: Инжектирайте точно измерено количество електролит в клетките в сухо помещение с точка на оросяване под -40 градуса. Електролитът трябва напълно да проникне в електродните листове и сепараторите. Грешката на инжектираното количество трябва да се контролира в рамките на ±0,1 g, в противен случай това ще повлияе на капацитета на батерията.

Запечатване: Вакуумна топлина-запечатване на порта за инжектиране на електролит на торбичките; запечатайте отвора за инжектиране на електролит на клетки с твърд-корпус със стоманени топки (цилиндрични) или уплътнителни гвоздеи (призматични) и осигурете херметичност чрез лазерно заваряване (изтичането на въздух ще причини изпаряване на електролита и отслабване на капацитета).

3. Краен-процес: Формиране и тестване (проверка на квалифицирани продукти)

Формиране: Заредете клетките за първи път, за да образувате стабилен филм с твърд електролитен интерфейс (SEI) върху повърхността на анода, който позволява преминаването на литиевите йони, но блокира електроните, което е ключът към живота и безопасността на батерията. Токът на зареждане е малък (0.1-0.2C) и времето е дълго (8-12 часа).

Стареене: Оставете формираните клетки да престоят при стайна температура или висока температура (45 градуса) в продължение на 3-7 дни, за да стабилизирате SEI филма и отсеете дефектните клетки с прекомерен саморазряд (напр. клетки със спад на напрежението над 50mV).

Класиране на капацитета: Извършете стандартни тестове за зареждане-разреждане на старите клетки (зареждане до горната граница на напрежението, разреждане до долната граница на напрежението), измерете действителния капацитет и класирайте според капацитета (напр. Степен A: 4950-5050mAh, Степен B: 4850-4950mAh), за да осигурите постоянен капацитет на клетките в същата група.

Сортиране: Класифицирайте клетките според параметри като капацитет, напрежение на отворена верига и вътрешно съпротивление и елиминирайте дефектните продукти (напр. клетки с прекомерно вътрешно съпротивление и недостатъчен капацитет).

Тестване на външен вид и производителност: Проверете външния вид на клетките (няма драскотини, изтичане или деформация), извършете тестове за изолационно съпротивление, AC вътрешно съпротивление и късо съединение, за да се уверите, че безопасността отговаря на стандартите.

VII. Индустриални тенденции и корпоративни практики: Къде е бъдещето на литиевите батерии?

С бързото развитие на новата енергийна индустрия, технологията за литиеви батерии продължава да пробие и се появиха редица предприятия, фокусиращи се върху сегментирани полета, насърчавайки разширяването на литиевите батерии от полето "потребителска електроника" към полетата "индустриални и енергийни".

1. Технологични тенденции: От течност към твърдо вещество, от голям капацитет към висока безопасност

Твърдо{0}}батерии: Заменете течните електролити и сепараторите с твърди електролити, значително подобрявайки безопасността (без изтичане или термичен риск), с енергийна плътност до 400-600Wh/kg (два пъти повече от съществуващите литиеви батерии), което може да поддържа електрически превозни средства с пробег от повече от 1000 км. Понастоящем полу-твърдите батерии (със съдържание на електролит от 5%-10%) са навлезли в етапа на масово производство (напр. версия на полу-твърда батерия NIO ET7) и се очаква всички-твърдотелни батерии да бъдат масово произведени около 2030 г.

Технология за бързо зареждане: Постигнете „80% зареждане за 10 минути“ чрез оптимизиране на материалите (като аноди на базата на силиций, бързо-зареждащи се електролити) и структурен дизайн. Например супер{6}}зареждащата батерия S4, оборудвана с Xpeng G9, може да зарежда 400 км за 10 минути.

Намаляване на разходите: Чрез широко{0}}производство (глобалният производствен капацитет на литиева батерия е надхвърлил 2TWh), иновации в материалите (като литиево-манганов железен фосфат, заместващ трикомпонентния литий) и оптимизация на процесите (като CTP/CTC технология, намаляване на модулните компоненти), цената на батерията е спаднала от 5 CNY/Wh през 2015 г. до под 1,5 CNY/Wh през 2025 г. и се очаква допълнително да спадне до 1 CNY/Wh в бъдеще.

2. Корпоративна практика: Zhongchuang Feiyue - Фокусиране върху „революцията на смяната на батерии“ на дву-колесни електрически превозни средства

В областта на дву{0}}колесните електрически превозни средства приложението на литиевите батерии преминава от „зареждане“ към „смяна на батерии“. Zhongchuang Feiyue (свързана с Zhongchuang New Energy Technology Group) е представително предприятие на тази тенденция. Основните му практики включват:

Решения,-базирани на сценарий: Осигурете високо-сигурни и-дълготрайни литиеви батерии за сценарии като споделени електрически велосипеди, незабавна доставка (за вкъщи, експресна доставка) и лично пътуване. Например батерията на превозните средства за доставка има цикъл на живот над 2000 пъти, отговаряйки на изискването за дневен пробег от 100 км.

Иновативен модел за смяна на батерии: Представете концепцията „смяната на батерии вместо зареждането е по-безопасна“ и разположете станции за смяна на батерии в повече от 100 града в цялата страна. Потребителите могат да завършат смяната на батерията само за 30 секунди, решавайки проблемите с „бавното зареждане и опасностите за безопасността при зареждане“ на дву-колесни превозни средства, обслужващи повече от 400 милиона дву-колесни пътници.

Производствен капацитет и глобализация: С годишен производствен капацитет от над 5GWh, продуктите се изнасят в повече от 10 държави, като се адаптират към стандартите за напрежение и климатичните условия на различните страни (напр. високо-температурни батерии за Югоизточна Азия, които могат да работят стабилно в среда от 60 градуса).

Заключение: Литиевите батерии - Основният двигател на енергийната революция

От мобилни телефони до електрически превозни средства, от съхранение на енергия до ниска{0}}надморска височина, литиевите батерии се превърнаха в основния двигател, движещ енергийната революция. Тяхната технологична еволюция не е свързана само с подобряването на производителността на оборудването, но и с реализацията на целта "двоен въглерод" и трансформацията на енергийната структура. В бъдеще, с пробива на твърдо-батериите и технологията за бързо зареждане, както и непрекъснатото намаляване на разходите, литиевите батерии ще играят роля в повече области (като аерокосмическото и дълбоко-морското изследване), осигурявайки солидна подкрепа за бъдещето на човешката зелена енергия.

За обикновените потребители разбирането на основните принципи и параметрите на ефективността на литиевите батерии може да ни помогне да използваме батериите по-научно (като избягване на презареждане и-разреждане); за практиците в индустрията разбирането на техническите тенденции и нуждите от сценарии е ключът към намирането на възможности в „сто-милиарда-нивото на литиеви батерии. Независимо дали сте потребител или практик, историята на литиевите батерии продължава.