Neljä avainmateriaalia lipo-akun 3s kuivatuotteisiin!

Miten lipo-akku 3s tuottaa sähköä?

Kun lipo-akku 3s toimii, litiumionit osallistuvat redox-reaktioon muuttaen kemiallisen energian sähköenergiaksi, minkä vuoksi lipo-akku 3s voi tuottaa sähköenergiaa. Lipo-akun 3s tuotteen arviointikriteereihin kuuluvat energiatiheys, syklinen käyttöikä, suorituskyky eri virroilla (purkuteho), turvallisuus ja soveltuva lämpötila.

Lipo-akun 3s kustannuskoostumus

Lipo-akun 3s kustannusrakenteen näkökulmasta positiivinen elektrodi, negatiivinen elektrodi, elektrolyytti ja erotin ovat neljä keskeistä raaka-ainetta, ja niiden osuus kustannuksista on paljon suurempi kuin muiden materiaalien, kuten johdinsarjojen, liittimien ja johtavien aineiden. Tämä on samanlaista kuin lipo-akku 3s. Perustoimintaperiaate on sama.

Lipo-akun 3s neljä avainmateriaalia

1. lipo-akun 3s positiivinen elektrodimateriaali

Tällä hetkellä positiivinen elektrodimateriaali on lipo-akun 3s ydinmateriaali, joka on keskeinen tekijä akun suorituskyvyn määrittämisessä. Se vaikuttaa suoraan lopulliseen energiatiheyteen, jännitteeseen, käyttöikään ja tuotteen turvallisuuteen. Se on myös kallein osa lipo-akkua 3s. Tästä syystä lipo-akku 3s nimetään usein positiivisen elektrodimateriaalin mukaan, kuten ternäärinen akku, joka on lipo-akku 3s, jossa ternääristä materiaalia käytetään positiivisena elektrodina.
Lipo-akun 3s energiatiheys tarkoittaa sähköenergiaa, jonka akku voi vapauttaa keskimääräisen yksikkötilavuuden tai massan perusteella. Mitä korkeampi energiatiheys, sitä pidempi akun toimintasäde. Tämä mittari on yksi tärkeistä perusteista sille, voiko lipo-akku 3s saada valtion tukia.
Tietoa lipo-akun energiatiheydestä Seuraava artikkeli esittelee yksityiskohtaisesti tavan parantaa lipo-akun energiatiheyttä. Kiinnostuneet voivat klikata nähdäksesi:
1200mah lipo-akun energiatiheyden parannus - kennotiheyden parannus

Eri katodimateriaalien erot ovat ilmeisiä, ja sovellusalueetkin eroavat toisistaan. Yleiset katodimateriaalit voidaan jakaa litiumkobalttioksidiin (LCO), litiummanganaattiin (LMO), litiumrautafosfaattiin (LFP) ja ternäärisiin materiaaleihin (NCM).
1) Litiumrautaoksidimateriaali
Litiumkobalttioksidi on varhaisin kaupallistettu katodimateriaali. Sen energiatiheys on korkeampi kuin ladattavien paristojen, kuten nikkeli-metallihydridi- ja lyijyakkujen. Se heijastaa ensimmäisenä lipo-akun 3s kehityspotentiaalia, mutta on hyvin kallis ja sillä on lyhyt syklinen käyttöikä. Se sopii vain 3C-elektroniikkatuotteisiin. Vaikka litiummanganaatti on edullinen, sen energiatiheys ei ole hyvä. Sitä käytettiin aikaisemmin hitaasti liikkuvissa sähköajoneuvoissa, kuten akkuautoissa, jossain määrin. Nykyään sitä käytetään pääasiassa sähkötyökaluissa ja energian varastointialoilla, ja sitä nähdään harvoin voimaparistoissa.
2) Kolmoismateriaali
Kolmoismateriaalien ydinedellytys on niiden korkea energiatiheys. Samassa tilavuudessa ja painossa akun käyttöikä on selvästi muita teknisiä reittejä edellä. Mutta sen puutteet ovat myös hyvin ilmeisiä: heikko turvallisuus, matala syttymispiste iskussa ja korkeassa lämpötilaympäristössä. Viimeisissä turvallisuustesteissä, kuten neulainjektiossa ja ylilatauksessa, jotka ovat kuumempia, suurikapasiteettisten teho kolmoisakkujen on vaikea läpäistä testi. Turvallisuussuorituskyvyn puute on aina rajoittanut kolmoismateriaaliteknologian laajamittaista kokoonpanoa ja integroitua soveltamista.

Litium-rautafosfaatti on täysin päinvastainen kuin kolmoismateriaalit, sillä sillä on keskinkertainen energiatiheys ja akun käyttöikä, mutta erinomainen turvallisuus.
Turvallisuusedun lisäksi toinen suuri tekijä litium-rautafosfaatin myynnin nopeassa kasvussa on edullisuus. Pitkään kolmoisakkujen raaka-aineiden korkean hinnan pääsyy (lähes 90 %) on suuri koboltin kysyntä. Koboltti on harvinainen mineraali. Sen louhinta on erittäin kallista ja epävakaata. Hinta vaihtelee rajusti. Toimitusketju on myös hyvin hauras, mikä voi helposti vaikuttaa alavirran teollisuuteen.
Tyypillisen litium-rautafosfaatti-sähköajoneuvon akun käyttöikä on noin 300~400 km, mikä riittää kaupunkiliikenteen tarpeisiin. Kolmoisakku ei pysty tässä käyttötapauksessa osoittamaan ydinedellytyksiään.
Kustannusten ja infrastruktuurin kaksinkertaisen ajurin vetämänä ei ole yllättävää, että yhä useammat autoyritykset valitsevat litium-rautafosfaattiteknologian reitin. Jopa tehoakun jättiläinen CATL, joka aloitti kolmoisakuilla, lisää nopeasti rautafosfaatti lipo-akun 3s tuotantokapasiteettia ja toimittaa rautafosfaatti lipo-akun 3s kotimaisen Teslan Model 3:n standardiakun eliniän versioon.

Kolmoisakkujen kehitys ei kuitenkaan ole pysähtynyt. Tämän teknisen reitin pitkäaikainen suuntaus on kustannusten alentaminen korkean nikkelin ja matalan koboltin suhteella, ns. korkean nikkelin kolmoismateriaali.
Tässä artikkelissa lipo-akun katodimateriaalista on tarkempi esittely. Kiinnostuneet kumppanit voivat klikata nähdäksesi:
Yksityiskohtainen selitys 6s lipo-akun katodimateriaalista

2. Lipo-akun 3s negatiivinen elektrodimateriaali

Lipo-akun 3s negatiivinen elektrodimateriaali valmistetaan aktiivisista aineista, sideaineista ja lisäaineista tahnamaiseksi liimaksi, joka levitetään kuparifolion molemmille puolille, kuivataan ja rullataan, jotta energiaa voidaan varastoida ja vapauttaa. Tämä vaikuttaa pääasiassa lipo-akun 3s suorituskykymittareiden kiertoon.
Käytettyjen aktiivisten materiaalien mukaan negatiiviset elektrodimateriaalit voidaan jakaa kahteen luokkaan: hiilimateriaalit ja ei-hiilimateriaalit:
1) Hiilipohjaiset materiaalit
Hiilipohjaiset materiaalit sisältävät kaksi reittiä: grafiittimateriaalit (luonnollinen grafiitti, keinotekoinen grafiitti ja mesofaasiset hiilikuulat) ja muut hiilipohjaiset materiaalit (kovahiili, pehmeä hiili ja grafeeni);
2) Ei-hiilimateriaalit
Ei-hiilipohjaiset materiaalit voidaan jakaa titaani-pohjaisiin materiaaleihin, piipohjaisiin materiaaleihin, tinapohjaisiin materiaaleihin, nitraatteihin ja metalliseen litiumiin.
Toisin kuin positiivinen elektrodimateriaali, vaikka lipo-akun 3s negatiivisella elektrodilla on sama määrä reittejä, lopputuote on hyvin yksinkertainen, ja keinotekoinen grafiitti on ehdoton valtavirta. Tiedot osoittavat, että Kiinan keinotekoisen grafiitin toimitukset vuonna 2020 olivat noin 307 000 tonnia, mikä on 84 % anodimateriaalien kokonaislähetyksistä, 5,5 prosenttiyksikön lisäys vuoden 2019 tasosta.

Verrattuna muihin materiaaleihin, keinotekoisella grafiitilla on hyvä syklinen suorituskyky, erinomainen turvallisuus, kypsä teknologia, helppo raaka-aineiden saatavuus ja alhaiset kustannukset. Se on ihanteellinen valinta.
3) Uuden sukupolven anodimateriaalit
Grafiittisen negatiivisen elektrodin ydinongelma on, että grafiittimateriaalin teoreettinen energiatiheyden yläraja on 372mAh/g, kun taas alan johtavien yritysten tuotteet voivat jo saavuttaa 365mAh/g energiatiheyden, mikä on lähellä teoreettista rajaa, ja tuleva parannusmahdollisuus on erittäin rajallinen. On kiireellistä löytää seuraavan sukupolven vaihtoehtoja.
Uuden sukupolven anodimateriaalien joukossa piipohjaiset anodit ovat suosittuja ehdokkaita. Niillä on erittäin korkea energiatiheys, ja teoreettinen kapasiteettisuhde voi saavuttaa 4200mAh/g, mikä ylittää selvästi grafiittimateriaalit. Kuitenkin negatiivisena elektrodimateriaalina pii kärsii vakavista puutteista, ja litiumionien interkalointi aiheuttaa voimakasta tilavuuden laajenemista, vahingoittaa akun rakennetta ja aiheuttaa akun kapasiteetin nopean heikkenemisen.

Yksi nykyisistä ratkaisuista on käyttää piihiili-komposiittimateriaaleja. Piihiukkasia käytetään aktiivisena materiaalina tarjoamaan litiumin varastointikapasiteettia. Hiukkaset kasaantuvat lataus-purkaussykleissä.
Tämän perusteella piihiili-anodimateriaalit katsotaan lupaavimmaksi tekniseksi ratkaisuksi, ja ne saavat vähitellen teollisuusketjun yritysten huomiota. Teslan Model 3 on käyttänyt keinotekoista grafiittianodia, johon on lisätty 10 % piipohjaista materiaalia, ja sen energiatiheys on onnistuneesti saavuttanut 300wh/kg, mikä on merkittävästi edellä perinteisiä teknisiä reittejä käyttävien akkujen tasoa.

Kuitenkin verrattuna grafiittianodeihin, piihiili-anodien kypsymättömän valmistusteknologian lisäksi korkeammat kustannukset ovat myös esteenä. Piihiili-anodimateriaalien nykyinen markkinahinta ylittää 150 000 juania/tonni, mikä on kaksinkertainen verrattuna huippuluokan keinotekoisiin grafiittianodeihin. Tulevaisuudessa massatuotannon myötä akkutehtaat kohtaavat myös vastaavia kustannusten hallinnan haasteita kuin katodimateriaalien kanssa.

3. lipo-akun 3s elektrolyytti

Lipo-akun 3s elektrolyytti toimii pääasiassa ionien siirtymisen kantajana varmistaen ionien kulun positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä. Sen turvallisuus lipo-akussa (lipo-akun turvallisuusongelmista tässä artikkelissa esitellään ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä lipo-akun turvallisuusongelmien käsittelemiseksi, ja tarvittaessa kumppanit voivat lukea sen itse: cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures), kiertokyky, lataus- ja purkausnopeus, korkean ja matalan lämpötilan suorituskyky, energiatiheys ja muut suorituskykymittarit vaikuttavat siihen.

Elektrolyytti koostuu yleensä raaka-aineista kuten korkeapuhdas orgaaninen liuotin, elektrolyyttilitiumsuola ja lisäaineet tietyssä suhteessa. Laadun mukaan liuottimen osuus on 80 %~90 %, litiumsuolan osuus 10 %~15 % ja lisäaineiden osuus noin 5 %; kustannusten mukaan litiumsuolan osuus on noin 40 %~50 %, liuottimen noin 40 %~50 %, noin 30 %, ja lisäaineiden osuus noin 10 %~30 %.
1) Vaatimukset lipo-akun 3s elektrolyytille
Verrattuna muihin kolmeen materiaaliin, lipo-akun 3s elektrolyytillä on monimutkaisimmat vaatimukset ja sen tulee omaa erilaisia ominaisuuksia:
Hyvä ioninen johtavuus ja alhainen ionien siirtymisen vastus;
Korkea kemiallinen stabiilisuus, ei haitallisia sivureaktioita elektrodimateriaalien, elektrolyyttien, kalvojen ym. kanssa;
Sulamispiste on matala, kiehumispiste korkea, ja se pysyy nestemäisenä laajalla lämpötila-alueella;
Keksinnöllä on hyvät turvallisuusominaisuudet, yksinkertainen valmistusprosessi, alhaiset kustannukset, se on myrkytön eikä saastuta.
2) Valtavirran lipo-akun 3s elektrolyytti
Litiumheksafluorofosfaatti
Tällä hetkellä litiumheksafluorofosfaatti (LiPF6) on valtavirran litiumsuolaliuos sen paremman suorituskyvyn ja alhaisemman kustannuksen vuoksi. Sillä on hyvä liukoisuus ja korkea sähkönjohtavuus erilaisissa ei-vesipohjaisissa liuottimissa, suhteellisen vakaat kemialliset ominaisuudet, hyvä turvallisuus ja vähemmän ympäristön saastumista. Haittapuolena ovat kuitenkin myös ilmeiset puutteet: litiumheksafluorofosfaatti on herkkä kosteudelle ja sillä on huono lämmönkestävyys. Se voi alkaa hajota jo alimmillaan 60 °C:ssa, ja akun suorituskyky heikkenee nopeasti. Kylmässä ympäristössä kiertovaikutus on melko tavanomainen, ja soveltuva lämpötila-alue on kapea.

Lisäksi litiumheksafluorofosfaatilla on erittäin korkeat vaatimukset puhtaudelleen ja vakaudelleen. Tuotantoprosessi sisältää ankaria työolosuhteita, kuten matalat lämpötilat, voimakas korroosio, veden ja pölyn poissaolo, ja tuotanto on myös suhteellisen vaikeaa.
Litiumbisfluorosulfoniimidi
Uuden sukupolven litiumsuolojen joukossa litiumbisfluorosulfoniimidi (LiFSI) katsotaan lupaavaksi vaihtoehdoksi litiumheksafluorofosfaatille. Verrattuna perinteisiin litiumsuoloihin, LiFSI:llä on parempi lämmönkestävyys ja se tarjoaa etuja sähkönjohtavuudessa, kiertokyvyssä, alhaisen lämpötilan suorituskyvyssä jne.
Kuitenkin tuotantoprosessin ja kapasiteetin rajoitusten vuoksi LiFSI:n kustannukset ovat liian korkeat, paljon korkeammat kuin litiumheksafluorofosfaatin. Kustannusten hallitsemiseksi LiFSI:tä käytetään edelleen enemmän elektrolyyttilisäaineena todellisessa kaupallisessa käytössä, eikä litiumsuolana.
Lipo-akun elektrolyytin yksityiskohtainen esittely on seuraavassa artikkelissa, ja sitä tarvitsevat kumppanit voivat laajentaa lukemista:
Cnhl 6s lipo -akun elektrolyytti, käytännön toiminto ja klassinen järjestelmän rakentaminen

4. lipo-akun 3s kalvo

Lipo-akun 3s erotinlevy on ohut kalvo positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä, jota käytetään erottamaan positiivinen ja negatiivinen elektrodi estämään oikosulku, kun lipo-akku 3s käy läpi elektrolyysireaktion. Erotinlevy on upotettu elektrolyyttiin, ja sen pinnalla on runsaasti mikroporeja, jotka sallivat litiumionien kulun. Mikroporejen materiaali, määrä ja paksuus vaikuttavat litiumionien nopeuteen erotinlevyn läpi, mikä puolestaan vaikuttaa akun purkausnopeuteen, kiertokykyyn ja muihin indikaattoreihin.

Polyolefiini on nykyinen yleinen lipo-akun 3s erotinlevymateriaali, joka voi tarjota hyvän mekaanisen ja kemiallisen vakauden lipo-akun 3s erotinlevylle. Se jaetaan edelleen kolmeen luokkaan: polyeteeni (PE), polypropeeni (PP) ja komposiittimateriaalit.
4.1 Lipo-akun 3s kalvomateriaalin valinta
Kalvomateriaalin valinta liittyy positiiviseen elektrodimateriaaliin. Tällä hetkellä polyeteeniä käytetään pääasiassa ternäärisessä lipo-akun 3s:ssä, ja polypropeenia käytetään pääasiassa rautafosfaatti lipo-akun 3s:ssä.
Materiaalin lisäksi valmistusprosessilla on myös tietty vaikutus erotinlevyn suorituskykyyn.
4.2 Lipo-akun 3s kalvon tuotantoteknologia
Lipo-akun 3s erotinlevyn nykyinen tuotantoteknologia jakautuu kahteen luokkaan: kuivamenetelmä ja märkämenetelmä.
4.2.1 lipo-akun 3s kalvon kuiva prosessi
Kuivamenetelmä, joka tunnetaan myös sulatusvenytysmenetelmänä (MSCS), voidaan jakaa edelleen yksisuuntaiseen ja kaksisuuntaiseen venytykseen. Tämä tekninen reitti on kehittynyt pitkään ja on kypsä, ja sitä käytetään pääasiassa PP-kalvojen valmistukseen. Lisäksi kaksisuuntainen venytysprosessi on käytössä vain matalan tason akuissa huonon lopputuotteen suorituskyvyn vuoksi, eikä se enää ole valtavirran valmistusprosessi.
Kuivaprosessille on ominaista yksinkertaisuus, alhaiset kustannukset ja ympäristöystävällisyys, mutta tuotteen suorituskyky on heikko, ja se sopii paremmin matalatehoisiin, pienikapasiteettisiin akkuihin. Kuten edellä mainittiin, rautafosfaatti-lipo battery 3s:llä on juuri alhaisen energiatiheyden haitta, joten kuivaprosessilla valmistettu erotin käytetään pääasiassa tässä teknisessä ratkaisussa.

4.2.2 lipo battery 3s -kalvon märkäprosessi
Märkäprosessi, joka tunnetaan myös nimellä lämpöindusoitu faasierottelu (TIPS), eroaa kuivaprosessista, jossa vain pohjafilmi venytetään. Märkäprosessi pinnoittaa pohjafilmin pinnan parantaakseen materiaalin lämpöstabiilisuutta. Kuivaprosessilla valmistettuihin tuotteisiin verrattuna märkäprosessin kalvolla on selviä suorituskykyetuja. Sen paksuus on ohuempi, vetolujuus ihanteellisempi, huokoisuus korkeampi, huokoskoko tasaisempi ja poikittainen kutistumisnopeus suurempi. Lisäksi märkäerottimen puhkaisulujuus on korkeampi, mikä edistää akun käyttöiän pidentämistä ja sopii paremmin korkean energiatiheyden lipo battery 3s:n kehityssuunnaksi. Sitä käytetään tällä hetkellä pääasiassa ternäärisissä akuissa.
Kuitenkin verrattuna kuivaprosessiin, märkäprosessi on suhteellisen monimutkainen, kallis ja ympäristölle helposti saastuttava.
4.3 lipo battery 3s -kalvon märkäprosessi korvaa nopeasti kuivaprosessin
Kalvokomponenttien nykyiset suuret markkinatrendit ovat hyvin vakiintuneita. Koska se vastaa paremmin tehoakkujen korkean energiatiheyden vaatimuksia, se voi pidentää akun syklien elinikää ja lisätä akun suurvirtaista purkautumiskykyä. Märkäprosessi korvaa nopeasti kuivaprosessin. Tiedot osoittavat, että vuonna 2017 märkäprosessilla valmistettujen lipo battery 3s -erottimien markkinaosuus ylitti ensimmäistä kertaa kuivaprosessin erottimien markkinaosuuden, ja vuonna 2018 vain vuotta myöhemmin markkinaosuus nousi edelleen 65 %:iin.
Yllä on CNHL:n tarjoamien lipo battery 3s:n neljän keskeisen materiaalin koko sisältö. Uskon, että koko tekstin lukemisen jälkeen jokainen ymmärtää, että lipo battery 3s:n kustannusten pääosat ovat positiivinen elektrodimateriaali, negatiivinen elektrodimateriaali, elektrolyytti ja lipo battery 3s:n kalvo. Toivottavasti yllä oleva sisältö on sinulle hyödyllinen, jos tarvitset ostaa lipo battery 3s:n, voit mennä verkkokauppaamme: Chinahobbyline ostamaan, meillä on varastoja ympäri maailmaa, voit ostaa luottavaisin mielin; jos haluat saada lisää tietoa lipo battery -akuista, klikkaa alla:
6s 6200mah lipo -hallintajärjestelmä ja 6s 6200mah lipo SOC