Vier wichtige Materialien für Lipo-Akku 3s Trockenwaren!

Wie erzeugt die Lipo-Batterie 3s Strom?

Wenn die Lipo-Batterie 3s arbeitet, nehmen Lithium-Ionen an der Redoxreaktion teil, um chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, weshalb die Lipo-Batterie 3s elektrische Energie liefern kann. Die Bewertungsindikatoren eines Lipo-Batterie 3s-Produkts umfassen Energiedichte, Lebensdauer, Leistungsrate (Entladeleistung unter verschiedenen Strömen), Sicherheitsleistung und anwendbare Temperatur.

Kostenaufteilung der Lipo-Batterie 3s

Aus der Sicht der Kostenstruktur der Lipo-Batterie 3s sind die positive Elektrode, negative Elektrode, Elektrolyt und Separator die vier Schlüsselrohstoffe, und ihr Anteil an den Kosten ist viel höher als der anderer Materialien wie Kabelbäume, Steckverbinder und leitfähige Mittel. Dies ist ähnlich wie bei der Lipo-Batterie 3s. Das grundlegende Arbeitsprinzip ist dasselbe.

Vier Schlüsselmaterialien der Lipo-Batterie 3s

1. Positives Elektrodenmaterial der Lipo-Batterie 3s

Derzeit ist das positive Elektrodenmaterial das Kernmaterial der Lipo-Batterie 3s und ein Schlüsselfaktor, der die Leistung der Batterie bestimmt. Es hat direkten Einfluss auf die endgültige Energiedichte, Spannung, Lebensdauer und Sicherheit des Produkts. Es ist auch der teuerste Teil der Lipo-Batterie 3s. Aus diesem Grund wird die Lipo-Batterie 3s oft nach dem positiven Elektrodenmaterial benannt, wie die ternäre Batterie, die die Lipo-Batterie 3s ist, die das ternäre Material als positive Elektrode verwendet.
Die Energiedichte der Lipo-Batterie 3s bezieht sich auf die elektrische Energie, die von der durchschnittlichen Einheit Volumen oder Masse der Batterie freigesetzt werden kann. Je höher die Energiedichte, desto höher die Reichweite der Batterie. Dieser Indikator ist eine der wichtigen Grundlagen dafür, ob eine Lipo-Batterie 3s staatliche Subventionen erhalten kann.
Über die Energiedichte der Lipo-Batterie Der folgende Artikel stellt die Methode zur Verbesserung der Energiedichte der Lipo-Batterie ausführlich vor. Interessierte Partner können hier klicken, um mehr zu erfahren:
1200mAh LiPo-Akku Energiedichte Verbesserung - Zellendichte Verbesserung

Der Unterschied zwischen verschiedenen Kathodenmaterialien ist offensichtlich, und die Anwendungsbereiche sind ebenfalls unterschiedlich. Übliche Kathodenmaterialien können in Lithium-Kobaltoxid (LCO), Lithium-Manganat (LMO), Lithium-Eisenphosphat (LFP) und ternäre Materialien (NCM) unterteilt werden.
1) Lithium-Eisenoxid-Material
Lithium-Kobaltoxid ist das früheste kommerzialisierte Kathodenmaterial. Seine Energiedichte ist höher als die von wiederaufladbaren Batterien wie Nickel-Metallhydrid und Blei-Säure. Es spiegelt zunächst das Entwicklungspotenzial der Lipo-Batterie 3s wider, ist aber sehr teuer und hat eine geringe Lebensdauer. Es eignet sich nur für 3C-Elektronikprodukte. Obwohl Lithium-Manganat kostengünstig ist, ist seine Energiedichte nicht gut. Es wurde in den frühen langsamen Elektrofahrzeugen, wie Batteriefahrzeugen, bis zu einem gewissen Grad verwendet. Heute wird es hauptsächlich in Elektrowerkzeugen und Energiespeicherbereichen eingesetzt und ist in Leistungsbatterien selten zu sehen.
2) Ternäres Material
Der Kernvorteil ternärer Materialien ist ihre hohe Energiedichte. Bei gleichem Volumen und Gewicht liegt die Batterielebensdauer weit vor anderen technischen Routen. Aber ihre Nachteile sind ebenfalls sehr offensichtlich: schlechte Sicherheit, niedriger Zündpunkt bei Stoß und hohen Temperaturen. In jüngsten Sicherheitstests wie Nadelstich und Überladung, die heißer sind, fällt es großkapazitiven Power-Ternärbatterien schwer, den Test zu bestehen. Es ist der Sicherheitsmangel, der die großflächige Montage und integrierte Anwendung der ternären Materialtechnologie immer eingeschränkt hat.

Lithium-Eisenphosphat ist genau das Gegenteil von ternären Materialien, mit durchschnittlicher Energiedichte und Batterielebensdauer, aber ausgezeichneter Sicherheit.
Neben dem Sicherheitsvorteil ist ein weiterer Hauptfaktor für den raschen Verkaufsanstieg von Lithium-Eisenphosphat die Kostengünstigkeit. Lange Zeit war der Hauptgrund für die hohen Rohstoffkosten ternärer Batterien (fast 90%) die große Nachfrage nach Kobalt. Kobalt ist ein seltenes Mineral. Es ist sehr teuer und äußerst instabil im Abbau. Der Preis schwankt stark. Die Lieferkette ist ebenfalls sehr fragil, was leicht die nachgelagerten Industrien beeinflussen kann.
Die Reichweite eines typischen Lithium-Eisenphosphat-Elektrofahrzeugs beträgt etwa 300~400 km, was ausreicht, um den Bedarf des städtischen Verkehrs zu decken. Die ternäre Batterie kann in diesem Anwendungsszenario ihre Kernvorteile nicht zeigen.
Getrieben durch den doppelten Antrieb von Kosten und Infrastruktur ist es nicht überraschend, dass immer mehr Autohersteller die Lithium-Eisenphosphat-Technologie wählen. Selbst der Power-Batterie-Riese CATL, der mit ternären Batterien begann, erhöht schnell die Produktionskapazität von Eisenphosphat-Lipo-Batterien 3s und liefert Eisenphosphat-Lipo-Batterien 3s für die Standardbatterieversion des inländischen Tesla Model 3.

Die Entwicklung von ternären Batterien hat jedoch nicht aufgehört. Der langfristige Trend dieser technischen Route ist es, die Kosten durch das Verhältnis von hohem Nickel- und niedrigem Kobaltanteil zu senken, das sogenannte hochnickelige ternäre Material.
Dieser Artikel über das Kathodenmaterial der Lipo-Batterie enthält eine detailliertere Einführung. Interessierte Partner können hier klicken, um mehr zu erfahren:
Detaillierte Erklärung des Kathodenmaterials der 6s LiPo-Batterie

2. Negatives Elektrodenmaterial der Lipo-Batterie 3s

Das negative Elektrodenmaterial der Lipo-Batterie 3s besteht aus aktiven Substanzen, Bindemitteln und Zusatzstoffen, die zu einer pastenartigen Klebstoffmasse verarbeitet werden, und dann auf beiden Seiten der Kupferfolie aufgetragen, getrocknet und gewalzt werden, um Energie zu speichern und freizusetzen, was hauptsächlich den Zyklus der Leistungsindikatoren der Lipo-Batterie 3s beeinflusst.
Je nach verwendetem Aktivmaterial können die Negativelektrodenmaterialien in zwei Kategorien unterteilt werden: Kohlenstoffmaterialien und Nicht-Kohlenstoffmaterialien:
1) Kohlenstoffbasierte Materialien
Kohlenstoffbasierte Materialien umfassen zwei Wege: Graphitmaterialien (Naturgraphit, künstlicher Graphit und Mesophase-Kohlenstoffkugeln) und andere kohlenstoffbasierte Materialien (Hartkohle, Weichkohle und Graphen);
2) Nicht-kohlenstoffbasierte Materialien
Nicht-kohlenstoffbasierte Materialien können in titanbasierte Materialien, siliziumbasierte Materialien, zinnbasierte Materialien, Nitrate und metallisches Lithium unterteilt werden.
Anders als beim positiven Elektrodenmaterial, obwohl die Negativelektrode der Lipo-Batterie 3s die gleiche Anzahl von Wegen hat, ist das Endprodukt sehr einfach, und künstlicher Graphit ist der absolute Mainstream. Daten zeigen, dass Chinas künstliche Graphitlieferungen im Jahr 2020 etwa 307.000 Tonnen betragen werden, was 84 % der Gesamtlieferungen von Anodenmaterialien entspricht, ein weiterer Anstieg um 5,5 Prozentpunkte gegenüber dem Niveau von 2019.

Im Vergleich zu anderen Materialien hat künstlicher Graphit eine gute Zyklusleistung, überlegene Sicherheit, ausgereifte Technologie, leichten Zugang zu Rohstoffen und niedrige Kosten. Er ist eine ideale Wahl.
3) Eine neue Generation von Anodenmaterialien
Das Kernproblem der Graphit-Negativelektrode ist, dass die theoretische Obergrenze der Energiedichte von Graphit-Negativelektrodenmaterialien bei 372 mAh/g liegt, während die Produkte führender Unternehmen der Branche bereits eine Energiedichte von 365 mAh/g erreichen, was nahe an der theoretischen Grenze liegt und der zukünftige Verbesserungsraum äußerst begrenzt ist. Es besteht ein dringender Bedarf, Alternativen der nächsten Generation zu finden.
Unter den neuen Generationen von Anodenmaterialien sind siliziumbasierte Anoden beliebte Kandidaten. Sie haben eine sehr hohe Energiedichte, und das theoretische Kapazitätsverhältnis kann 4200 mAh/g erreichen, was die von Graphitmaterialien bei weitem übertrifft. Allerdings hat Silizium als Negativelektrodenmaterial auch erhebliche Nachteile, und die Interkalation von Lithiumionen verursacht eine starke Volumenexpansion, beschädigt die Batteriekonstruktion und führt zu einem schnellen Kapazitätsverlust der Batterie.

Eine der aktuellen Lösungen ist die Verwendung von Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen. Siliziumpartikel werden als aktives Material verwendet, um die Lithiumspeicherkapazität bereitzustellen. Die Partikel verklumpen während der Lade- und Entladezyklen.
Basierend darauf gelten Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien als der vielversprechendste technische Weg und gewinnen allmählich die Aufmerksamkeit der Unternehmen in der Wertschöpfungskette. Teslas Model 3 verwendet eine künstliche Graphitanodenbatterie, die mit 10 % siliziumbasiertem Material dotiert ist, und ihre Energiedichte hat erfolgreich 300 Wh/kg erreicht, was deutlich vor Batterien liegt, die traditionelle technische Wege nutzen.

Im Vergleich zu Graphitanoden sind neben der noch nicht ausgereiften Verarbeitungstechnologie von Silizium-Kohlenstoff-Anoden auch die höheren Kosten ein Hindernis. Der aktuelle Marktpreis für Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien übersteigt 150.000 Yuan/Tonne, was das Doppelte der Preise für hochwertige künstliche Graphitanodenmaterialien ist. Nach der Massenproduktion werden Batteriehersteller auch mit ähnlichen Kostenkontrollproblemen wie bei Kathodenmaterialien konfrontiert sein.

3. Elektrolyt der Lipo-Batterie 3s

Im Lipo-Batterie 3s wird das Elektrolyt hauptsächlich als Träger für den Ionentransport verwendet, um die Übertragung von Ionen zwischen der positiven und negativen Elektrode zu gewährleisten. Seine Sicherheit bei Lipo-Batterien 3s (bezüglich der Sicherheitsprobleme von Lipo-Batterien stellt dieser Artikel vorbeugende Maßnahmen vor, um mit den Sicherheitsproblemen von Lipo-Batterien umzugehen, und die Interessenten können es selbst lesen: cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures), Lebensdauer, Lade- und Entladerate, Hoch- und Niedertemperaturverhalten, Energiedichte und andere Leistungsindikatoren haben einen gewissen Einfluss.

Das Elektrolyt besteht im Allgemeinen aus Rohstoffen wie hochreinem organischem Lösungsmittel, Lithiumsalz als Elektrolyt und Additiven in einem bestimmten Verhältnis. Nach Qualität macht das Lösungsmittel 80 %~90 % aus, das Lithiumsalz 10 %~15 % und die Additive etwa 5 %; nach Kosten macht das Lithiumsalz etwa 40 %~50 % aus, das Lösungsmittel etwa 40 %~50 %, etwa 30 %, und die Additive etwa 10 % bis 30 %.
1) Anforderungen an das Elektrolyt der Lipo-Batterie 3s
Im Vergleich zu den anderen drei Materialien hat die Lipo-Batterie 3s die komplexesten Anforderungen an das Elektrolyt und muss verschiedene Eigenschaften aufweisen:
Gute Ionenleitfähigkeit und geringer Ionentransportwiderstand;
Hohe chemische Stabilität, keine schädlichen Nebenreaktionen mit Elektrodenmaterialien, Elektrolyten, Separatoren usw.;
Der Schmelzpunkt ist niedrig, der Siedepunkt hoch, und es bleibt in einem weiten Temperaturbereich flüssig;
Die Erfindung hat die Vorteile guter Sicherheit, unkomplizierter Herstellung, niedriger Kosten, Ungiftigkeit und Umweltfreundlichkeit.
2) Gängiges Elektrolyt für Lipo-Batterie 3s
Lithiumhexafluorophosphat
Derzeit ist Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) das gängige Lithiumsalz aufgrund seiner besseren Leistung und geringeren Kosten. Es hat eine gute Löslichkeit und hohe elektrische Leitfähigkeit in verschiedenen nicht-wässrigen Lösungsmitteln, relativ stabile chemische Eigenschaften, gute Sicherheit und weniger Umweltverschmutzung. Die Nachteile sind jedoch ebenfalls offensichtlich: Lithiumhexafluorophosphat ist feuchtigkeitsempfindlich und hat eine schlechte thermische Stabilität. Es kann bereits bei niedrigsten 60 °C zu zersetzen beginnen, und die Batterieleistung nimmt schnell ab. Die Zykluswirkung bei niedrigen Temperaturen ist relativ durchschnittlich, und der anpassbare Temperaturbereich ist eng.

Darüber hinaus stellt Lithiumhexafluorphosphat sehr hohe Anforderungen an Reinheit und Stabilität. Der Produktionsprozess umfasst harte Arbeitsbedingungen wie niedrige Temperaturen, starke Korrosion, Wasser- und Staubfreiheit, und die Herstellung ist ebenfalls relativ schwierig.
Lithium-Bisfluorsulfonimid
Unter den neuen Generationen von Lithiumsalzen gilt Lithium-Bisfluorsulfonimid (LiFSI) als vielversprechende Alternative zu Lithiumhexafluorphosphat. Im Vergleich zu traditionellen Lithiumsalzen weist LiFSI eine höhere thermische Stabilität auf und bietet Vorteile bei elektrischer Leitfähigkeit, Lebensdauer, Kälteleistung usw.
Aufgrund der begrenzten Produktionsprozesse und Kapazitäten sind die Kosten für LiFSI zu hoch und liegen weit über denen von Lithiumhexafluorphosphat. Um die Kosten zu kontrollieren, wird LiFSI in der tatsächlichen kommerziellen Nutzung eher als Elektrolytzusatzstoff denn als Lithiumsalz-Lösungsmittel verwendet.
Die detaillierte Einführung des Lipo-Batterie-Elektrolyten wird im folgenden Artikel vorgestellt, und interessierte Partner können die Lektüre vertiefen:
Cnhl 6s lipo Batterie Elektrolyt, praktische Funktion und klassischer Systemaufbau

4. Lipo-Batterie 3s Diaphragma

Der Separator der Lipo-Batterie 3s ist eine dünne Folie zwischen der positiven und negativen Elektrode, die dazu dient, die Elektroden zu trennen und Kurzschlüsse bei der Elektrolyse-Reaktion der Lipo-Batterie 3s zu verhindern. Der Separator ist im Elektrolyten getaucht und weist eine große Anzahl von Mikroporen auf der Oberfläche auf, die den Durchgang von Lithiumionen ermöglichen. Material, Anzahl und Dicke der Mikroporen beeinflussen die Geschwindigkeit, mit der Lithiumionen den Separator passieren, was wiederum die Entladerate, Lebensdauer und andere Batterieparameter beeinflusst.

Polyolefin ist das derzeit allgemein verwendete Separator-Material für Lipo-Batterie 3s, das eine gute mechanische und chemische Stabilität für den Separator bietet. Es wird weiter in drei Kategorien unterteilt: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Verbundmaterialien.
4.1 Auswahl des Diaphragmamaterials für Lipo-Batterie 3s
Die Wahl des Diaphragmamaterials hängt mit dem Kathodenmaterial zusammen. Derzeit wird hauptsächlich Polyethylen in ternären Lipo-Batterie 3s verwendet, während Polypropylen hauptsächlich in Eisenphosphat-Lipo-Batterie 3s eingesetzt wird.
Neben dem Material hat auch der Herstellungsprozess einen gewissen Einfluss auf die Leistung des Separators.
4.2 Produktionstechnologie des Lipo-Batterie 3s Diaphragmas
Die aktuelle Produktionstechnologie des Lipo-Batterie 3s Separators wird in zwei Kategorien unterteilt: Trockenverfahren und Nassverfahren.
4.2.1 Lipo-Batterie 3s Diaphragma Trockenverfahren
Das Trockenverfahren, auch bekannt als Schmelzstreckverfahren (MSCS), kann weiter in uniaxiales und biaxiales Strecken unterteilt werden. Diese technische Route hat eine lange Entwicklungszeit und ist ausgereifter, sie wird hauptsächlich für die Herstellung von PP-Membranen verwendet. Darüber hinaus wird der biaxiale Streckprozess aufgrund der schlechten Endprodukteigenschaften nur für Niedrigpreisbatterien eingesetzt und ist nicht mehr der Mainstream-Herstellungsprozess.
Das Trockenverfahren zeichnet sich durch Einfachheit, niedrige Kosten und Umweltfreundlichkeit aus, aber die Produktleistung ist schlecht und es eignet sich eher für Batterien mit geringer Leistung und Kapazität. Wie oben erwähnt, hat die Eisenphosphat-Lipo-Batterie 3s gerade den Nachteil einer niedrigen Energiedichte, daher wird die Trennfolie, die im Trockenverfahren hergestellt wird, meist in dieser technischen Richtung verwendet.

4.2.2 Lipo-Batterie 3s-Membran Nassverfahren
Das Nassverfahren, auch bekannt als thermisch induzierte Phasentrennung (TIPS), unterscheidet sich vom Trockenverfahren, bei dem nur die Basisschicht gedehnt wird. Das Nassverfahren beschichtet die Oberfläche der Basisschicht, um die thermische Stabilität des Materials zu verbessern. Im Vergleich zu Produkten, die im Trockenverfahren hergestellt werden, hat die Membran des Nassverfahrens deutliche Leistungs-vorteile. Sie ist dünner, hat eine idealere Zugfestigkeit, eine höhere Porosität, eine gleichmäßigere Porengröße und eine höhere Querschrumpfrate. Außerdem ist die Durchstoßfestigkeit der Nass-Trennfolie höher, was die Batterielebensdauer verlängert und besser zur Entwicklungsrichtung von Lipo-Batterie 3s mit hoher Energiedichte passt. Sie wird derzeit hauptsächlich in ternären Batterien verwendet.
Im Vergleich zum Trockenverfahren ist das Nassverfahren jedoch relativ komplex, teuer und führt leicht zu Umweltverschmutzung.
4.3 Lipo-Batterie 3s-Membran: Das Nassverfahren ersetzt schnell das Trockenverfahren
Die aktuellen Hauptmarkttrends für Membranmaterialien sind gut etabliert. Da sie besser den Anforderungen an die hohe Energiedichte von Leistungsbatterien entsprechen, kann die Lebensdauer der Batterie verlängert und die Hochstrom-Entladekapazität der Batterie erhöht werden. Das Nassverfahren ersetzt schnell das Trockenverfahren. Die Daten zeigen, dass im Jahr 2017 der Marktanteil von Nassverfahren-Lipo-Batterie-3s-Trennfolien erstmals den von Trockenverfahren-Trennfolien überstieg, und im Jahr 2018, nur ein Jahr später, stieg der Marktanteil weiter auf 65 %.
Das Obige ist der gesamte Inhalt der vier Hauptmaterialien der Lipo-Batterie 3s, präsentiert von CNHL. Ich glaube, dass nach dem Lesen des gesamten Textes jeder versteht, dass die Hauptbestandteile der Kosten der Lipo-Batterie 3s das positive Elektrodenmaterial, das negative Elektrodenmaterial, der Elektrolyt und die Lipo-Batterie 3s-Membran sind. Ich hoffe, der obige Inhalt ist für Sie hilfreich. Wenn Sie Lipo-Batterie 3s kaufen möchten, können Sie unseren Online-Shop besuchen: Chinahobbyline, wir haben Lager auf der ganzen Welt, Sie können mit Vertrauen kaufen; wenn Sie mehr Informationen über Lipo-Batterien erhalten möchten, klicken Sie bitte unten:
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