¡Cuatro materiales clave para productos secos de batería lipo 3s!

¿Cómo genera electricidad la batería lipo 3s?

Cuando la batería lipo 3s está funcionando, los iones de litio participan en la reacción redox para convertir la energía química en energía eléctrica, por lo que la batería lipo 3s puede proporcionar energía eléctrica. Los indicadores de evaluación de un producto de batería lipo 3s incluyen densidad de energía, vida útil del ciclo, rendimiento a diferentes tasas (rendimiento de descarga bajo diferentes corrientes), rendimiento de seguridad y temperatura aplicable.

Composición de costos de la batería lipo 3s

Desde la perspectiva de la estructura de costos de la batería lipo 3s, el electrodo positivo, el electrodo negativo, el electrolito y el separador son las cuatro materias primas clave, y su proporción en el costo es mucho mayor que la de otros materiales como arneses de cables, conectores y agentes conductores. Esto es similar a la batería lipo 3s. El principio básico de funcionamiento es el mismo.

Cuatro materiales clave de la batería lipo 3s

1. Material del electrodo positivo de la batería lipo 3s

Actualmente, el material del electrodo positivo es el material central de la batería lipo 3s, que es un factor clave que determina el rendimiento de la batería. Tiene un impacto directo en la densidad de energía final, voltaje, vida útil y seguridad del producto. También es la parte más costosa de la batería lipo 3s. Por esta razón, la batería lipo 3s a menudo se nombra según el material del electrodo positivo, como la batería ternaria, que es la batería lipo 3s que utiliza el material ternario como electrodo positivo.
La densidad de energía de la batería lipo 3s se refiere a la energía eléctrica que puede liberar el volumen o masa promedio unitario de la batería. Cuanto mayor sea la densidad de energía, mayor será la autonomía de la batería. Este indicador es una de las bases importantes para que una batería lipo 3s pueda disfrutar de subsidios gubernamentales.
Sobre la densidad de energía de la batería lipo El siguiente artículo introduce detalladamente el método para mejorar la densidad de energía de la batería lipo. Los socios interesados pueden hacer clic para ver:
Mejora de la densidad energética de la batería lipo de 1200mah - mejora de la densidad celular

La diferencia entre los diferentes materiales de cátodo es evidente, y los campos de aplicación también son diferentes. Los materiales comunes de cátodo se pueden dividir en óxido de cobalto de litio (LCO), manganato de litio (LMO), fosfato de hierro y litio (LFP) y materiales ternarios (NCM).
1) Material de óxido de hierro y litio
El óxido de cobalto de litio es el material de cátodo comercializado más antiguo. Su densidad de energía es mayor que la de baterías recargables como las de hidruro metálico de níquel y ácido de plomo. Refleja por primera vez el potencial de desarrollo de la batería lipo 3s, pero es muy costoso y tiene una baja vida útil de ciclo. Solo es adecuado para productos electrónicos 3C. Aunque el manganato de litio tiene un bajo costo, su densidad de energía no es buena. Se utilizó en los primeros vehículos eléctricos de baja velocidad, como los coches de batería, hasta cierto punto. Hoy en día, se usa principalmente en herramientas eléctricas y campos de almacenamiento de energía, y rara vez se ve en baterías de potencia.
2) Material ternario
La ventaja principal de los materiales ternarios es su alta densidad energética. Bajo el mismo volumen y calidad, la vida útil de la batería está muy por delante de otras rutas técnicas. Pero sus defectos también son muy evidentes: mala seguridad, bajo punto de ignición cuando se somete a impactos y ambientes de alta temperatura. En pruebas de seguridad recientes como punción y sobrecarga, que son más calientes, es difícil que las baterías ternarias de alta capacidad pasen la prueba. Es el defecto en el rendimiento de seguridad lo que siempre ha limitado el ensamblaje a gran escala y la aplicación integrada de la ruta tecnológica de materiales ternarios.

El fosfato de hierro y litio es justo lo opuesto a los materiales ternarios, con densidad energética y vida útil promedio, pero excelente seguridad.
Además de la ventaja de seguridad, otro factor importante detrás del rápido aumento en las ventas del fosfato de hierro y litio es su bajo costo. Durante mucho tiempo, la principal razón del alto costo de las materias primas para las baterías ternarias (que representan casi el 90%) es la gran demanda de cobalto. El cobalto es un mineral raro. Es muy caro y extremadamente inestable de extraer. El precio fluctúa salvajemente. La cadena de suministro también es muy frágil, lo que puede afectar fácilmente a las industrias aguas abajo.
La vida útil de un vehículo eléctrico típico de fosfato de hierro y litio es de aproximadamente 300~400 km, lo que es suficiente para satisfacer las necesidades del tráfico urbano. La batería ternaria no puede reflejar sus ventajas principales en este escenario de aplicación.
Impulsado por el doble motor del costo y la infraestructura, no es sorprendente que cada vez más empresas automotrices elijan la ruta tecnológica del fosfato de hierro y litio. Incluso el gigante de baterías de potencia CATL, que comenzó con baterías ternarias, está aumentando rápidamente la capacidad de producción de la batería lipo 3s de fosfato de hierro y suministrando la batería lipo 3s de fosfato de hierro para la versión de vida útil estándar de la Tesla Model 3 nacional.

Sin embargo, el desarrollo de las baterías ternarias no se ha detenido. La tendencia a largo plazo de esta ruta técnica es reducir costos mediante la proporción de alto níquel y bajo cobalto, el llamado material ternario de alto níquel.
Este artículo sobre el material del cátodo de la batería lipo tiene una introducción más detallada. Los socios interesados pueden hacer clic para ver:
Explicación detallada del material del cátodo de la batería lipo 6s

2. Material del electrodo negativo de la batería lipo 3s

El material del electrodo negativo de la batería lipo 3s está hecho de sustancias activas, aglutinantes y aditivos en una pasta adhesiva, que luego se unta en ambos lados de la lámina de cobre, se seca y se enrolla, para almacenar y liberar energía, lo que afecta principalmente el ciclo de los indicadores de rendimiento de la batería lipo 3s.
Según los materiales activos usados, los materiales de electrodo negativo pueden dividirse en dos categorías: materiales de carbono y materiales no basados en carbono:
1) Materiales basados en carbono
Los materiales basados en carbono incluyen dos rutas: materiales de grafito (grafito natural, grafito artificial y esferas de carbono mesofásico) y otros materiales basados en carbono (carbono duro, carbono blando y grafeno);
2) Materiales no basados en carbono
Los materiales no basados en carbono pueden subdividirse en materiales a base de titanio, materiales a base de silicio, materiales a base de estaño, nitruros y litio metálico.
A diferencia del material del electrodo positivo, aunque el electrodo negativo de la batería lipo 3s tiene el mismo número de rutas, el producto final es muy simple, y el grafito artificial es la corriente principal absoluta. Los datos muestran que los envíos de grafito artificial de China en 2020 serán aproximadamente 307,000 toneladas, representando el 84% del total de envíos de materiales de ánodo, un aumento adicional de 5.5 puntos porcentuales respecto al nivel de 2019.

Comparado con otros materiales, el grafito artificial tiene buen rendimiento cíclico, seguridad superior, tecnología madura, fácil acceso a materias primas y bajo costo. Es una elección ideal.
3) Una nueva generación de materiales de ánodo
El problema central del electrodo negativo de grafito es que el límite teórico superior de la densidad energética del material de electrodo negativo de grafito es 372mAh/g, mientras que los productos de las empresas líderes en la industria ya pueden alcanzar una densidad energética de 365mAh/g, lo que está cerca del límite teórico, y el espacio de mejora futura es extremadamente limitado. Hay una necesidad urgente de encontrar alternativas de próxima generación.
Entre la nueva generación de materiales de ánodo, los ánodos a base de silicio son candidatos populares. Tiene una densidad energética muy alta, y la proporción de capacidad teórica puede alcanzar 4200mAh/g, superando ampliamente a los materiales de grafito. Sin embargo, como material de electrodo negativo, el silicio también tiene defectos graves, y la intercalación de iones de litio causará una expansión volumétrica severa, dañará la estructura de la batería y provocará una rápida disminución de la capacidad de la batería.

Una de las soluciones actuales es usar materiales compuestos de silicio-carbono. Las partículas de silicio se usan como material activo para proporcionar capacidad de almacenamiento de litio. Las partículas se aglomeran durante los ciclos de carga-descarga.
Basado en esto, los materiales de ánodo de carbono de silicio se consideran la ruta técnica más prometedora y gradualmente ganan la atención de las empresas en la cadena industrial. El Model 3 de Tesla ha utilizado una batería de ánodo de grafito artificial dopada con un 10% de material a base de silicio, y su densidad energética ha logrado exitosamente 300wh/kg, lo que está significativamente por delante de las baterías que usan rutas técnicas tradicionales.

Sin embargo, en comparación con los ánodos de grafito, además de la tecnología de procesamiento inmadura de los ánodos de carbono de silicio, el mayor costo también es un obstáculo. El precio actual en el mercado de los materiales de ánodo de carbono de silicio supera los 150,000 yuanes/tonelada, que es el doble que el de los materiales de ánodo de grafito artificial de alta gama. Después de la producción en masa en el futuro, los fabricantes de baterías también enfrentarán problemas similares de control de costos como con los materiales de cátodo.

3. Electrolito para batería lipo 3s

En la batería lipo 3s, el electrolito se usa principalmente como portador para la migración iónica para asegurar la transmisión de iones entre los electrodos positivo y negativo. Su seguridad en la batería lipo 3s (sobre los problemas de seguridad de la batería lipo, este artículo introduce medidas preventivas para tratar los problemas de seguridad de la batería lipo, y los interesados pueden leerlo por sí mismos: problemas de seguridad y medidas preventivas de la batería lipo cnhl 6s), vida útil del ciclo, tasa de carga y descarga, rendimiento a altas y bajas temperaturas, densidad energética y otros indicadores de rendimiento tienen ciertas influencias.

El electrolito generalmente está compuesto por materias primas como disolvente orgánico de alta pureza, sal de litio para electrolito y aditivos en cierta proporción. Según la calidad, la calidad del disolvente representa entre el 80% y 90%, la sal de litio entre el 10% y 15%, y los aditivos alrededor del 5%; según el costo, la sal de litio representa aproximadamente entre el 40% y 50%, el disolvente entre el 40% y 50%, alrededor del 30%, y los aditivos entre el 10% y 30%.
1) Requisitos para el electrolito de la batería lipo 3s
En comparación con los otros tres materiales, la batería lipo 3s tiene los requisitos más complejos para el electrolito y necesita tener diversas características:
Buena conductividad iónica y baja resistencia a la migración de iones;
Alta estabilidad química, sin reacciones secundarias dañinas con materiales de electrodos, electrolitos, diafragmas, etc.;
El punto de fusión es bajo, el punto de ebullición es alto y permanece líquido en un amplio rango de temperatura;
La invención tiene las ventajas de buena seguridad, proceso de preparación sencillo, bajo costo, no tóxico y no contaminante.
2) Electrolito principal para batería lipo 3s
Hexafluorofosfato de litio
Actualmente, el hexafluorofosfato de litio (LiPF6) es el soluto de sal de litio predominante debido a su mejor rendimiento y menor costo. Tiene buena solubilidad y alta conductividad eléctrica en varios disolventes no acuosos, propiedades químicas relativamente estables, buena seguridad y menor contaminación ambiental. Sin embargo, sus defectos también son evidentes: el hexafluorofosfato de litio es sensible a la humedad y tiene mala estabilidad térmica. Puede comenzar a descomponerse a tan solo 60 °C, y el rendimiento de la batería decaerá rápidamente. El efecto de ciclo en ambientes de baja temperatura es relativamente común, y el rango de temperatura adaptable es estrecho.

Además, el hexafluorofosfato de litio tiene requisitos muy altos en su pureza y estabilidad. El proceso de producción implica condiciones de trabajo rigurosas como baja temperatura, fuerte corrosión, ausencia de agua y polvo, y la producción también es relativamente difícil.
Bisfluorosulfonimida de litio
Entre la nueva generación de sales de litio, el bisfluorosulfonimida de litio (LiFSI) se considera una alternativa prometedora al hexafluorofosfato de litio. En comparación con las sales de litio tradicionales, LiFSI tiene mayor estabilidad térmica y ventajas en conductividad eléctrica, vida útil del ciclo, rendimiento a baja temperatura, etc.
Sin embargo, limitado por el proceso de producción y la capacidad, el costo de LiFSI es demasiado alto, muy superior al del hexafluorofosfato de litio. Para controlar el costo, LiFSI se usa más como aditivo de electrolito en el uso comercial real, en lugar de un soluto de sal de litio.
La introducción detallada del electrolito para batería lipo se presenta en el siguiente artículo, y los socios que lo necesiten pueden ampliar la lectura:
Electrolito de batería lipo Cnhl 6s, función práctica y construcción clásica del sistema

4. Diafragma para batería lipo 3s

El separador de la batería lipo 3s es una película delgada entre los electrodos positivo y negativo, que se usa para separar los electrodos positivo y negativo para evitar cortocircuitos cuando la batería lipo 3s sufre una reacción de electrólisis. El separador está inmerso en el electrolito, y hay una gran cantidad de microporos en la superficie que permiten el paso de iones de litio. El material, número y grosor de los microporos afectan la velocidad de paso de los iones de litio a través del separador, lo que a su vez afecta la tasa de descarga, la vida útil del ciclo y otros indicadores de la batería.

El poliolefín es el material general actual para separadores de batería lipo 3s, que puede proporcionar buena estabilidad mecánica y química para el separador de batería lipo 3s. Se subdivide en tres categorías: polietileno (PE), polipropileno (PP) y materiales compuestos.
4.1 Selección de material para diafragma de batería lipo 3s
La elección del material del diafragma está relacionada con el material del electrodo positivo. Actualmente, el polietileno se usa principalmente en baterías lipo 3s ternarias, y el polipropileno se usa principalmente en baterías lipo 3s de fosfato de hierro.
Además del material, el proceso de preparación también influye en el rendimiento del separador.
4.2 Tecnología de producción del diafragma para batería lipo 3s
La tecnología de producción actual del separador para batería lipo 3s se divide en dos categorías: método en seco y método en húmedo.
4.2.1 proceso en seco de diafragma para batería lipo 3s
El método en seco, también conocido como método de estiramiento por fusión (MSCS), se puede subdividir en estiramiento uniaxial y estiramiento biaxial. Esta ruta técnica tiene un largo tiempo de desarrollo y es más madura, y se utiliza principalmente para la producción de membranas de PP. Además, el proceso de estiramiento biaxial solo se usa para baterías de gama baja debido al bajo rendimiento del producto terminado, y ya no es el proceso de preparación principal.
El proceso seco tiene las características de simplicidad, bajo costo y respeto al medio ambiente, pero el rendimiento del producto es pobre, y es más adecuado para baterías de baja potencia y baja capacidad. Como se mencionó anteriormente, la batería lipo 3s de fosfato de hierro tiene el defecto de baja densidad energética, por lo que el separador que utiliza el proceso seco se usa mayormente en esta ruta técnica.

4.2.2 Proceso húmedo de la membrana de la batería lipo 3s
El proceso húmedo, también conocido como separación de fase inducida térmicamente (TIPS), difiere del proceso seco en que solo se estira la película base. El proceso húmedo recubre la superficie de la película base para mejorar la estabilidad térmica del material. En comparación con los productos preparados por proceso seco, la membrana del proceso húmedo tiene ventajas evidentes en el rendimiento. Su grosor es más delgado, su resistencia a la tracción es más ideal, su porosidad es mayor, tiene un tamaño de poro más uniforme y una tasa de contracción transversal más alta. Además, la resistencia a la perforación del separador húmedo es mayor, lo que contribuye a prolongar la vida útil de la batería y es más adecuado para la dirección de desarrollo de la batería lipo 3s con alta densidad energética. Actualmente se usa principalmente en baterías ternarias.
Sin embargo, en comparación con el proceso seco, el proceso húmedo es relativamente complejo, costoso y contamina fácilmente el medio ambiente.
4.3 El proceso húmedo de la membrana de la batería lipo 3s está reemplazando rápidamente al proceso seco
Las principales tendencias actuales del mercado para materiales de membrana están bien establecidas. Debido a que se ajusta más a los requisitos de alta densidad energética de las baterías de potencia, puede prolongar la vida útil del ciclo de la batería y aumentar la capacidad de descarga a alta tasa de la batería. El proceso húmedo está reemplazando rápidamente al proceso seco. Los datos muestran que en 2017, la cuota de mercado del separador de batería lipo 3s de proceso húmedo superó por primera vez a la del separador de proceso seco, y en 2018, solo un año después, la cuota de mercado aumentó aún más al 65%.
Lo anterior es el contenido completo de los cuatro materiales clave de la batería lipo 3s presentado por CNHL. Creo que después de leer todo el texto, todos entienden que las partes principales del costo de la batería lipo 3s son el material del electrodo positivo, el material del electrodo negativo, el electrolito y la membrana de la batería lipo 3s. Espero que el contenido anterior le sea útil, si necesita comprar batería lipo 3s, puede ingresar a nuestra tienda en línea: Chinahobbyline para comprar, tenemos almacenes en todo el mundo, puede comprar con confianza; si desea obtener más información sobre la batería lipo, por favor haga clic abajo:
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