Quatre matériaux clés pour les produits secs de batterie lipo 3s !

Comment la batterie lipo 3s génère-t-elle de l'électricité ?

Lorsque la batterie lipo 3s fonctionne, les ions lithium participent à la réaction redox pour convertir l'énergie chimique en énergie électrique, ce qui explique pourquoi la batterie lipo 3s peut fournir de l'énergie électrique. Les indicateurs d'évaluation d'un produit batterie lipo 3s incluent la densité énergétique, la durée de vie en cycle, la performance en taux (performance de décharge sous différents courants), la performance de sécurité et la température applicable.

Composition des coûts de la batterie lipo 3s

Du point de vue de la structure des coûts de la batterie lipo 3s, l'électrode positive, l'électrode négative, l'électrolyte et le séparateur sont les quatre matières premières clés, et leur proportion dans le coût est bien plus élevée que celle d'autres matériaux tels que les faisceaux de câbles, les connecteurs et les agents conducteurs. C'est similaire à la batterie lipo 3s. Le principe de fonctionnement de base est le même.

Quatre matériaux clés de la batterie lipo 3s

1. Matériau d'électrode positive de la batterie lipo 3s

À l'heure actuelle, le matériau de l'électrode positive est le matériau central de la batterie lipo 3s, ce qui est un facteur clé déterminant la performance de la batterie. Il a un impact direct sur la densité énergétique finale, la tension, la durée de vie et la sécurité du produit. C'est aussi la partie la plus coûteuse de la batterie lipo 3s. Pour cette raison, la batterie lipo 3s est souvent nommée d'après le matériau de l'électrode positive, comme la batterie ternaire, qui est la batterie lipo 3s utilisant le matériau ternaire comme électrode positive.
La densité énergétique de la batterie lipo 3s fait référence à l'énergie électrique pouvant être libérée par l'unité moyenne de volume ou de masse de la batterie. Plus la densité énergétique est élevée, plus l'autonomie de la batterie est grande. Cet indicateur est l'une des bases importantes pour savoir si une batterie lipo 3s peut bénéficier de subventions gouvernementales.
À propos de la densité énergétique de la batterie lipo L'article suivant présente en détail la méthode d'amélioration de la densité énergétique de la batterie lipo. Les partenaires intéressés peuvent cliquer pour voir :
Amélioration de la densité énergétique de la batterie lipo 1200mah - amélioration de la densité cellulaire

La différence entre les différents matériaux de cathode est évidente, et les domaines d'application sont également différents. Les matériaux de cathode courants peuvent être divisés en oxyde de cobalt lithium (LCO), manganate de lithium (LMO), phosphate de fer lithium (LFP) et matériaux ternaires (NCM).
1) Matériau d'oxyde de fer lithium
L'oxyde de cobalt lithium est le premier matériau de cathode commercialisé. Sa densité énergétique est plus élevée que celle des batteries rechargeables telles que le nickel-hydrure métallique et le plomb-acide. Il reflète d'abord le potentiel de développement de la batterie lipo 3s, mais il est très coûteux et a une faible durée de vie en cycle. Il convient uniquement aux produits électroniques 3C. Bien que le manganate de lithium ait un faible coût, sa densité énergétique n'est pas bonne. Il a été utilisé dans les premiers véhicules électriques à basse vitesse, comme les voitures à batterie, dans une certaine mesure. Aujourd'hui, il est principalement utilisé dans les outils électriques et les domaines de stockage d'énergie, et est rarement vu dans les batteries de puissance.
2) Matériau ternaire
L'avantage principal des matériaux ternaires est leur haute densité d'énergie. À volume et masse égaux, l'autonomie est bien supérieure à celle des autres voies techniques. Mais leurs défauts sont aussi très visibles : sécurité faible, point d'inflammation bas sous choc et haute température. Dans les tests de sécurité récents comme l'acupuncture et la surcharge, plus exigeants, il est difficile pour les batteries ternaires à haute capacité de réussir. C'est ce défaut de performance sécuritaire qui a toujours limité l'assemblage à grande échelle et l'application intégrée de la technologie des matériaux ternaires.

Le lithium fer phosphate est à l'opposé des matériaux ternaires, avec une densité d'énergie et une autonomie moyennes, mais une sécurité excellente.
Outre l'avantage de sécurité, un autre facteur majeur derrière la forte augmentation des ventes du lithium fer phosphate est son coût bas. Pendant longtemps, la principale raison du coût élevé des matières premières des batteries ternaires (près de 90 %) est la forte demande en cobalt. Le cobalt est un minerai rare, très cher et extrêmement instable à extraire. Son prix fluctue fortement. La chaîne d'approvisionnement est aussi très fragile, ce qui peut facilement affecter les industries en aval.
L'autonomie typique d'un véhicule électrique au lithium fer phosphate est d'environ 300~400 km, ce qui suffit à répondre aux besoins du trafic urbain. La batterie ternaire ne peut pas mettre en valeur ses avantages principaux dans ce scénario d'application.
Poussé par la double impulsion des coûts et des infrastructures, il n'est pas surprenant que de plus en plus de constructeurs automobiles choisissent la technologie lithium fer phosphate. Même le géant des batteries de puissance CATL, qui a commencé avec les batteries ternaires, augmente rapidement la capacité de production de la batterie lipo 3s au phosphate de fer et fournit cette batterie pour la version à autonomie standard de la Tesla Model 3 nationale.

Cependant, le développement des batteries ternaires ne s'est pas arrêté. La tendance à long terme de cette voie technique est de réduire les coûts grâce au ratio nickel élevé et cobalt faible, le matériau ternaire à haut nickel dit.
Cet article sur le matériau de cathode de batterie lipo propose une introduction plus détaillée. Les partenaires intéressés peuvent cliquer pour voir :
Explication détaillée du matériau de cathode de la batterie lipo 6s

2. Matériau de l'électrode négative de la batterie lipo 3s

Le matériau de l'électrode négative de la batterie lipo 3s est composé de substances actives, de liants et d'additifs transformés en une colle pâteuse, puis appliqué sur les deux faces du feuillard de cuivre, séché et roulé, pour stocker et libérer de l'énergie, ce qui affecte principalement le cycle des indicateurs de performance de la batterie lipo 3s.
Selon les matériaux actifs utilisés, les matériaux d'électrode négative peuvent être divisés en deux catégories : matériaux carbonés et matériaux non carbonés :
1) Matériaux à base de carbone
Les matériaux à base de carbone comprennent deux voies : les matériaux en graphite (graphite naturel, graphite artificiel et sphères de carbone mésophase) et d'autres matériaux à base de carbone (carbone dur, carbone mou et graphène) ;
2) Matériaux non carbonés
Les matériaux non carbonés peuvent être subdivisés en matériaux à base de titane, matériaux à base de silicium, matériaux à base d'étain, nitrures et lithium métallique.
Contrairement au matériau d'électrode positive, bien que l'électrode négative de la batterie lipo 3s ait le même nombre de voies, le produit final est très simple, et le graphite artificiel est la tendance absolue. Les données montrent que les expéditions de graphite artificiel en Chine en 2020 seront d'environ 307 000 tonnes, représentant 84 % du total des expéditions de matériaux d'anode, soit une augmentation supplémentaire de 5,5 points de pourcentage par rapport au niveau de 2019.

Comparé à d'autres matériaux, le graphite artificiel présente une bonne performance cyclique, une sécurité supérieure, une technologie mature, un accès facile aux matières premières et un faible coût. C'est un choix idéal.
3) Une nouvelle génération de matériaux d'anode
Le problème central de l'électrode négative en graphite est que la limite théorique supérieure de la densité énergétique du matériau d'électrode négative en graphite est de 372mAh/g, tandis que les produits des entreprises leaders du secteur peuvent déjà atteindre une densité énergétique de 365mAh/g, ce qui est proche de la limite théorique, et l'espace d'amélioration futur est extrêmement limité. Il est urgent de trouver des alternatives de nouvelle génération.
Parmi la nouvelle génération de matériaux d'anode, les anodes à base de silicium sont des candidats populaires. Elles ont une densité énergétique très élevée, et le rapport de capacité théorique peut atteindre 4200mAh/g, dépassant largement celui des matériaux en graphite. Cependant, en tant que matériau d'électrode négative, le silicium présente aussi de graves défauts, et l'intercalation des ions lithium provoque une expansion volumique sévère, endommage la structure de la batterie et entraîne une diminution rapide de la capacité de la batterie.

L'une des solutions actuelles consiste à utiliser des matériaux composites silicium-carbone. Les particules de silicium sont utilisées comme matériau actif pour fournir une capacité de stockage du lithium. Les particules s'agglomèrent pendant les cycles de charge-décharge.
Sur cette base, les matériaux d'anode en carbone de silicium sont considérés comme la voie technique la plus prometteuse, et attirent progressivement l'attention des entreprises de la chaîne industrielle. Le Model 3 de Tesla utilise une batterie à anode en graphite artificiel dopée avec 10 % de matériau à base de silicium, et sa densité énergétique a réussi à atteindre 300wh/kg, ce qui est nettement supérieur aux batteries utilisant des voies techniques traditionnelles.

Cependant, comparé aux anodes en graphite, en plus de la technologie de traitement immature des anodes en silicium-carbone, le coût plus élevé est également un obstacle. Le prix actuel du marché des matériaux d'anode en silicium-carbone dépasse 150 000 yuans/tonne, soit le double de celui des matériaux d'anode en graphite artificiel haut de gamme. Après la production de masse à l'avenir, les fabricants de batteries devront également faire face à des problèmes similaires de contrôle des coûts comme pour les matériaux cathodiques.

3. Électrolyte de la batterie lipo 3s

Dans la batterie lipo 3s, l'électrolyte est principalement utilisé comme support pour la migration des ions afin d'assurer la transmission des ions entre les électrodes positive et négative. Sa sécurité pour la batterie lipo 3s (concernant les problèmes de sécurité de la batterie lipo, cet article présente des mesures préventives pour traiter ces problèmes, et les partenaires qui en ont besoin peuvent le lire eux-mêmes : cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures), la durée de vie en cycle, le taux de charge et de décharge, les performances en haute et basse température, la densité énergétique et d'autres indicateurs de performance ont certaines influences.

L'électrolyte est généralement composé de matières premières telles que solvant organique de haute pureté, sel de lithium électrolytique et additifs dans une certaine proportion. Selon la qualité, la qualité du solvant représente 80 % à 90 %, le sel de lithium 10 % à 15 %, et l'additif environ 5 % ; selon le coût, le sel de lithium représente environ 40 % à 50 %, le solvant environ 40 % à 50 %, environ 30 %, et les additifs représentent environ 10 % à 30 %.
1) Exigences pour l'électrolyte de la batterie lipo 3s
Comparé aux trois autres matériaux, la batterie lipo 3s a les exigences les plus complexes pour l'électrolyte et doit posséder diverses caractéristiques :
Bonne conductivité ionique et faible résistance à la migration des ions ;
Haute stabilité chimique, pas de réactions secondaires nocives avec les matériaux d'électrode, les électrolytes, les diaphragmes, etc. ;
Le point de fusion est bas, le point d'ébullition est élevé, et il reste liquide sur une large plage de températures ;
L'invention présente les avantages d'une bonne sécurité, d'un processus de préparation simple, d'un faible coût, non toxique et non polluant.
2) Électrolyte principal pour batterie lipo 3s
Hexafluorophosphate de lithium
À l'heure actuelle, l'hexafluorophosphate de lithium (LiPF6) est le soluté de sel de lithium dominant en raison de ses meilleures performances et de son coût inférieur. Il présente une bonne solubilité et une conductivité électrique élevée dans divers solvants non aqueux, des propriétés chimiques relativement stables, une bonne sécurité et une moindre pollution environnementale. Cependant, ses défauts sont également évidents : l'hexafluorophosphate de lithium est sensible à l'humidité et a une faible stabilité thermique. Il peut commencer à se décomposer dès 60 °C, et les performances de la batterie se dégradent rapidement. L'effet de cycle en environnement à basse température est relativement moyen, et la plage de température adaptable est étroite.

De plus, l'hexafluorophosphate de lithium a des exigences très élevées en matière de pureté et de stabilité. Le processus de production implique des conditions de travail rigoureuses telles que basse température, forte corrosion, absence d'eau et de poussière, et la production est également relativement difficile.
Bisfluorosulfonimide de lithium
Parmi la nouvelle génération de sels de lithium, le bisfluorosulfonimide de lithium (LiFSI) est considéré comme une alternative prometteuse à l'hexafluorophosphate de lithium. Comparé aux sels de lithium traditionnels, le LiFSI présente une stabilité thermique plus élevée, et possède des avantages en conductivité électrique, durée de vie en cycle, performance à basse température, etc.
Cependant, limité par le processus de production et la capacité, le coût du LiFSI est trop élevé, bien supérieur à celui de l'hexafluorophosphate de lithium. Afin de contrôler les coûts, le LiFSI est encore plus utilisé comme additif d'électrolyte dans l'usage commercial réel, plutôt que comme soluté de sel de lithium.
La présentation détaillée de l'électrolyte de batterie lipo est introduite dans l'article suivant, et les partenaires qui en ont besoin peuvent approfondir la lecture :
Électrolyte de batterie lipo Cnhl 6s, fonction pratique et construction classique du système

4. diaphragme de batterie lipo 3s

Le séparateur de batterie lipo 3s est un film mince entre les électrodes positive et négative, qui peut être utilisé pour séparer les électrodes positive et négative afin d'éviter les courts-circuits lorsque la batterie lipo 3s subit une réaction d'électrolyse. Le séparateur est immergé dans l'électrolyte, et il y a un grand nombre de micropores à la surface qui permettent le passage des ions lithium. Le matériau, le nombre et l'épaisseur des micropores affecteront la vitesse de passage des ions lithium à travers le séparateur, ce qui influence à son tour le taux de décharge, la durée de vie en cycle et d'autres indicateurs de la batterie.

Le polyoléfine est le matériau général actuel du séparateur de batterie lipo 3s, qui peut fournir une bonne stabilité mécanique et chimique pour le séparateur de batterie lipo 3s. Il est subdivisé en trois catégories : polyéthylène (PE), polypropylène (PP) et matériaux composites.
4.1 Sélection du matériau du diaphragme pour batterie lipo 3s
Le choix du matériau du diaphragme est lié au matériau de l'électrode positive. Actuellement, le polyéthylène est principalement utilisé dans la batterie lipo 3s ternaire, et le polypropylène est principalement utilisé dans la batterie lipo 3s au phosphate de fer.
En plus du matériau, le processus de préparation a également une certaine influence sur la performance du séparateur.
4.2 Technologie de production du diaphragme de batterie lipo 3s
La technologie de production actuelle du séparateur de batterie lipo 3s est divisée en deux catégories : méthode sèche et méthode humide.
4.2.1 processus sec de diaphragme pour batterie lipo 3s
La méthode sèche, également connue sous le nom de méthode d'\"étirement par fusion\" (MSCS), peut être subdivisée en \"étirement uniaxial\" et \"étirement biaxial\". Cette voie technique a un long temps de développement et est plus mature, et est principalement utilisée pour la production de membranes PP. De plus, le processus d'\"étirement biaxial\" est uniquement utilisé pour les batteries bas de gamme en raison de la faible performance du produit fini, et n'est plus le processus de préparation dominant.
Le procédé à sec se caractérise par sa simplicité, son faible coût et son respect de l'environnement, mais la performance du produit est faible, et il convient mieux aux batteries à faible puissance et faible capacité. Comme mentionné ci-dessus, la batterie lipo 3s au phosphate de fer a justement le défaut d'une faible densité énergétique, donc le séparateur utilisant le procédé à sec est principalement utilisé dans cette voie technique.

4.2.2 Procédé humide pour la membrane de la batterie lipo 3s
Le procédé humide, également appelé séparation de phase induite thermiquement (TIPS), diffère du procédé à sec où seul le film de base est étiré. Le procédé humide enduit la surface du film de base pour améliorer la stabilité thermique du matériau. Comparé aux produits préparés par procédé à sec, la membrane du procédé humide présente des avantages évidents en termes de performance. Son épaisseur est plus fine, sa résistance à la traction est plus idéale, sa porosité est plus élevée, elle a une taille de pores plus uniforme et un taux de rétrécissement transversal plus élevé. De plus, la résistance à la perforation du séparateur humide est plus élevée, ce qui favorise la prolongation de la durée de vie de la batterie, et convient mieux à la direction de développement des batteries lipo 3s à haute densité énergétique. Il est actuellement principalement utilisé dans les batteries ternaires.
Cependant, comparé au procédé à sec, le procédé humide est relativement complexe, coûteux et pollue facilement l'environnement.
4.3 Le procédé humide pour la membrane de la batterie lipo 3s remplace rapidement le procédé à sec
Les principales tendances actuelles du marché pour les matériaux de diaphragme sont bien établies. Parce qu'il répond mieux aux exigences de haute densité énergétique des batteries électriques, il peut prolonger la durée de vie en cycle de la batterie et augmenter la capacité de décharge à haute vitesse de la batterie. Le procédé humide remplace rapidement le procédé à sec. Les données montrent qu'en 2017, la part de marché du séparateur de batterie lipo 3s à procédé humide a dépassé pour la première fois celle du séparateur à procédé sec, et en 2018, seulement un an plus tard, la part de marché est montée à 65 %.
Le contenu ci-dessus est l'ensemble des quatre matériaux clés de la batterie lipo 3s présenté par CNHL. Je crois qu'après avoir lu tout le texte, tout le monde comprend que les principales parties du coût de la batterie lipo 3s sont le matériau de l'électrode positive, le matériau de l'électrode négative, l'électrolyte et la membrane de la batterie lipo 3s. J'espère que ce contenu vous sera utile, si vous avez besoin d'acheter une batterie lipo 3s, vous pouvez entrer dans notre boutique en ligne : Chinahobbyline pour acheter, nous avons des entrepôts partout dans le monde, vous pouvez acheter en toute confiance ; si vous souhaitez obtenir plus d'informations sur la batterie lipo, veuillez cliquer ci-dessous :
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