Quattro materiali chiave per batterie lipo 3s prodotti secchi!

Come genera elettricità la batteria lipo 3s?

Quando la batteria lipo 3s è in funzione, gli ioni di litio partecipano alla reazione redox per convertire l'energia chimica in energia elettrica, ed è per questo che la batteria lipo 3s può fornire energia elettrica. Gli indicatori di valutazione di un prodotto batteria lipo 3s includono densità energetica, durata del ciclo, prestazioni di velocità (prestazioni di scarica sotto correnti diverse), prestazioni di sicurezza e temperatura applicabile.

Composizione dei costi della batteria lipo 3s

Dal punto di vista della struttura dei costi della batteria lipo 3s, il catodo, l'anodo, l'elettrolita e il separatore sono le quattro materie prime chiave, e la loro proporzione nel costo è molto più alta rispetto ad altri materiali come cablaggi, connettori e agenti conduttivi. Questo è simile alla batteria lipo 3s. Il principio di funzionamento di base è lo stesso.

Quattro materiali chiave della batteria lipo 3s

1. Materiale del catodo della batteria lipo 3s

Attualmente, il materiale del catodo è il materiale centrale della batteria lipo 3s, che è un fattore chiave che determina le prestazioni della batteria. Ha un impatto diretto sulla densità energetica finale, sulla tensione, sulla durata e sulla sicurezza del prodotto. È anche la parte più costosa della batteria lipo 3s. Per questo motivo, la batteria lipo 3s è spesso denominata in base al materiale del catodo, come la batteria ternaria, che è la batteria lipo 3s che utilizza il materiale ternario come catodo.
La densità energetica della batteria lipo 3s si riferisce all'energia elettrica che può essere rilasciata dall'unità media di volume o massa della batteria. Più alta è la densità energetica, maggiore è l'autonomia della batteria. Questo indicatore è una delle basi importanti per stabilire se una batteria lipo 3s può beneficiare di sovvenzioni governative.
Sulla densità energetica della batteria lipo L'articolo seguente introduce in dettaglio il metodo per migliorare la densità energetica della batteria lipo. I partner interessati possono cliccare per visualizzare:
Miglioramento della densità energetica della batteria lipo 1200mah - miglioramento della densità della cella

La differenza tra i diversi materiali catodici è evidente, così come i campi di applicazione. I materiali catodici comuni possono essere divisi in ossido di cobalto di litio (LCO), manganato di litio (LMO), fosfato di ferro di litio (LFP) e materiali ternari (NCM).
1) Materiale ossido di ferro di litio
L'ossido di cobalto di litio è il primo materiale catodico commercializzato. La sua densità energetica è superiore a quella delle batterie ricaricabili come nichel-metallo idruro e piombo-acido. Riflette per la prima volta il potenziale di sviluppo della batteria lipo 3s, ma è molto costoso e ha una bassa durata del ciclo. È adatto solo per prodotti elettronici 3C. Sebbene il manganato di litio abbia un costo basso, la sua densità energetica non è buona. È stato utilizzato nei primi veicoli elettrici a bassa velocità, come le auto a batteria, in una certa misura. Oggi è principalmente usato in utensili elettrici e nel campo dell'accumulo di energia, ed è raramente visto nelle batterie di potenza.
2) Materiale ternario
Il vantaggio principale dei materiali ternari è la loro alta densità energetica. A parità di volume e peso, l'autonomia è molto superiore rispetto ad altre vie tecniche. Ma i suoi difetti sono altrettanto evidenti: scarsa sicurezza, basso punto di accensione se sottoposti a urti e alte temperature. Nei recenti test di sicurezza come l'agopuntura e la sovraccarica, che generano più calore, è difficile che le batterie ternarie ad alta capacità superino il test. È proprio il difetto nelle prestazioni di sicurezza che ha sempre limitato l'assemblaggio su larga scala e l'applicazione integrata della tecnologia dei materiali ternari.

Il litio ferro fosfato è esattamente l'opposto dei materiali ternari, con densità energetica e durata della batteria medie, ma eccellente sicurezza.
Oltre al vantaggio di sicurezza, un altro fattore importante dietro la rapida crescita delle vendite del litio ferro fosfato è il basso costo. Per molto tempo, la ragione principale dell'alto costo delle materie prime per le batterie ternarie (quasi il 90%) è stata l'elevata domanda di cobalto. Il cobalto è un minerale raro, molto costoso e estremamente instabile da estrarre. Il prezzo fluttua selvaggiamente. La catena di approvvigionamento è anche molto fragile, il che può facilmente influenzare le industrie a valle.
L'autonomia tipica di un veicolo elettrico al litio ferro fosfato è di circa 300~400 km, sufficiente a soddisfare le esigenze del traffico urbano. La batteria ternaria non riesce a mostrare i suoi vantaggi principali in questo scenario applicativo.
Spinti dalla doppia spinta di costi e infrastrutture, non sorprende che sempre più case automobilistiche scelgano la tecnologia al litio ferro fosfato. Anche il gigante delle batterie CATL, partito con batterie ternarie, sta rapidamente aumentando la capacità produttiva di batterie lipo 3s al ferro fosfato e fornendo batterie lipo 3s al ferro fosfato per la versione standard della durata della batteria della Tesla Model 3 nazionale.

Tuttavia, lo sviluppo delle batterie ternarie non si è fermato. La tendenza a lungo termine di questa via tecnica è ridurre i costi attraverso il rapporto di nichel alto e cobalto basso, il cosiddetto materiale ternario ad alto nichel.
Questo articolo sul materiale del catodo della batteria lipo offre un'introduzione più dettagliata. I partner interessati possono cliccare per visualizzare:
Spiegazione dettagliata del materiale catodico della batteria lipo 6s

2. Materiale dell'elettrodo negativo della batteria lipo 3s

Il materiale dell'elettrodo negativo della batteria lipo 3s è composto da sostanze attive, leganti e additivi trasformati in una pasta adesiva, quindi spalmati su entrambi i lati della lamina di rame, asciugati e arrotolati, per immagazzinare e rilasciare energia, influenzando principalmente il ciclo degli indicatori di prestazione della batteria lipo 3s.
Secondo i materiali attivi utilizzati, i materiali per elettrodo negativo possono essere divisi in due categorie: materiali a base di carbonio e materiali non a base di carbonio:
1) Materiali a base di carbonio
I materiali a base di carbonio includono due rotte: materiali in grafite (grafite naturale, grafite artificiale e sfere di carbonio mesofase) e altri materiali a base di carbonio (carbonio duro, carbonio morbido e grafene);
2) Materiali non a base di carbonio
I materiali non a base di carbonio possono essere suddivisi in materiali a base di titanio, materiali a base di silicio, materiali a base di stagno, nitruri e litio metallico.
Diversamente dal materiale per elettrodo positivo, sebbene l'elettrodo negativo della batteria lipo 3s abbia lo stesso numero di rotte, il prodotto finale è molto semplice, e la grafite artificiale è l'assoluta maggioranza. I dati mostrano che le spedizioni di grafite artificiale in Cina nel 2020 saranno circa 307.000 tonnellate, rappresentando l'84% delle spedizioni totali di materiali anodici, un ulteriore aumento di 5,5 punti percentuali rispetto al livello del 2019.

Rispetto ad altri materiali, la grafite artificiale ha una buona prestazione ciclica, sicurezza superiore, tecnologia matura, facile reperibilità delle materie prime e basso costo. È una scelta ideale.
3) Una nuova generazione di materiali anodici
Il problema centrale dell'elettrodo negativo in grafite è che il limite teorico superiore della densità energetica del materiale anodico in grafite è di 372mAh/g, mentre i prodotti delle aziende leader del settore possono già raggiungere una densità energetica di 365mAh/g, molto vicina al limite teorico, e lo spazio di miglioramento futuro è estremamente limitato. È urgente trovare alternative di nuova generazione.
Tra la nuova generazione di materiali anodici, gli anodi a base di silicio sono candidati popolari. Hanno una densità energetica molto elevata, e il rapporto di capacità teorica può raggiungere 4200mAh/g, superando di gran lunga quello dei materiali in grafite. Tuttavia, come materiale per elettrodo negativo, il silicio presenta anche gravi difetti, e l'intercalazione degli ioni litio provoca una forte espansione volumetrica, danneggia la struttura della batteria e causa una rapida diminuzione della capacità della batteria.

Una delle soluzioni attuali è l'uso di materiali compositi silicio-carbonio. Le particelle di silicio sono utilizzate come materiale attivo per fornire capacità di immagazzinamento del litio. Le particelle si agglomerano durante i cicli di carica-scarica.
Sulla base di ciò, i materiali anodici in silicio-carbonio sono considerati la via tecnica più promettente e stanno gradualmente attirando l'attenzione delle imprese nella catena industriale. La Model 3 di Tesla ha utilizzato una batteria anodica in grafite artificiale drogata con il 10% di materiale a base di silicio, e la sua densità energetica ha raggiunto con successo i 300wh/kg, superando significativamente le batterie che utilizzano rotte tecniche tradizionali.

Tuttavia, rispetto agli anodi in grafite, oltre alla tecnologia di lavorazione non ancora matura degli anodi in silicio carbonio, il costo più elevato è anche un ostacolo. Il prezzo di mercato attuale dei materiali per anodi in silicio carbonio supera i 150.000 yuan/tonnellata, il doppio rispetto ai materiali per anodi in grafite artificiale di fascia alta. Dopo la produzione di massa in futuro, i produttori di batterie dovranno affrontare problemi simili di controllo dei costi come per i materiali del catodo.

3. Elettrolita per batteria lipo 3s

Nella batteria lipo 3s, l'elettrolita è principalmente usato come vettore per la migrazione degli ioni per garantire la trasmissione degli ioni tra gli elettrodi positivo e negativo. La sua sicurezza della batteria lipo 3s (riguardo ai problemi di sicurezza della batteria lipo, questo articolo introduce misure preventive per affrontare i problemi di sicurezza della batteria lipo, e i partner che ne hanno bisogno possono leggerlo autonomamente: cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures), la durata del ciclo, la velocità di carica e scarica, le prestazioni a temperature alte e basse, la densità energetica e altri indicatori di prestazione hanno certe influenze.

L'elettrolita è generalmente composto da materie prime come solvente organico ad alta purezza, sale di litio elettrolitico e additivi in una certa proporzione. In base alla qualità, la qualità del solvente rappresenta l'80%~90%, il sale di litio il 10%~15%, e l'additivo circa il 5%; in base al costo, il sale di litio rappresenta circa il 40%~50%, il solvente circa il 40%~50%, circa il 30%, e gli additivi rappresentano circa il 10%~30%.
1) Requisiti per l'elettrolita della batteria lipo 3s
Rispetto agli altri tre materiali, la batteria lipo 3s ha le esigenze più complesse per l'elettrolita e necessita di varie caratteristiche:
Buona conducibilità ionica e bassa resistenza alla migrazione ionica;
Alta stabilità chimica, nessuna reazione secondaria dannosa con materiali degli elettrodi, elettroliti, diaframmi, ecc.;
Il punto di fusione è basso, il punto di ebollizione è alto, e rimane liquido in un ampio intervallo di temperature;
L'invenzione presenta i vantaggi di buona sicurezza, processo di preparazione semplice, basso costo, non tossico e non inquinante.
2) Elettrolita principale per batteria lipo 3s
Esafluorofosfato di litio
Attualmente, l'esafluorofosfato di litio (LiPF6) è il soluto di sale di litio principale grazie alle sue migliori prestazioni e al costo inferiore. Ha una buona solubilità e alta conducibilità elettrica in vari solventi non acquosi, proprietà chimiche relativamente stabili, buona sicurezza e minore inquinamento ambientale. Tuttavia, i difetti sono anche evidenti: l'esafluorofosfato di litio è sensibile all'umidità e ha una scarsa stabilità termica. Può iniziare a decomporsi già a 60 °C, e le prestazioni della batteria decadono rapidamente. L'effetto ciclo in ambiente a bassa temperatura è relativamente modesto, e l'intervallo di temperatura adattabile è stretto.

Inoltre, l'esafluorofosfato di litio ha requisiti molto elevati sulla sua purezza e stabilità. Il processo di produzione coinvolge condizioni di lavoro severe come bassa temperatura, forte corrosione, assenza di acqua e polvere, e la produzione è anche relativamente difficile.
Bisfluorosulfonimide di litio
Tra la nuova generazione di sali di litio, il bisfluorosulfonimide di litio (LiFSI) è considerato un'alternativa promettente all'esafluorofosfato di litio. Rispetto ai sali di litio tradizionali, il LiFSI ha una maggiore stabilità termica e presenta vantaggi in conduttività elettrica, durata del ciclo, prestazioni a bassa temperatura, ecc.
Tuttavia, limitato dal processo di produzione e dalla capacità, il costo del LiFSI è troppo alto, molto superiore a quello dell'esafluorofosfato di litio. Per controllare i costi, il LiFSI è ancora più utilizzato come additivo per elettroliti nell'uso commerciale reale, piuttosto che come soluto di sale di litio.
L'introduzione dettagliata dell'elettrolita per batterie lipo è presentata nell'articolo seguente, e i partner che ne hanno bisogno possono approfondire la lettura:
Elettrolita per batteria lipo Cnhl 6s, funzione pratica e costruzione del sistema classico

4. membrana della batteria lipo 3s

Il separatore della batteria lipo 3s è una pellicola sottile tra l'elettrodo positivo e quello negativo, che può essere utilizzata per separare gli elettrodi positivo e negativo per prevenire cortocircuiti quando la batteria lipo 3s subisce una reazione di elettrolisi. Il separatore è immerso nell'elettrolita, e sulla superficie ci sono un gran numero di micropori che permettono il passaggio degli ioni di litio. Il materiale, il numero e lo spessore dei micropori influenzeranno la velocità di passaggio degli ioni di litio attraverso il separatore, influenzando a sua volta la velocità di scarica, la durata del ciclo e altri indicatori della batteria.

Il poliolefine è il materiale generale attuale per il separatore della batteria lipo 3s, che può fornire una buona stabilità meccanica e chimica per il separatore della batteria lipo 3s. È ulteriormente suddiviso in tre categorie: polietilene (PE), polipropilene (PP) e materiali compositi.
4.1 Selezione del materiale della membrana della batteria lipo 3s
La scelta del materiale della membrana è legata al materiale dell'elettrodo positivo. Attualmente, il polietilene è principalmente utilizzato nelle batterie lipo 3s ternarie, mentre il polipropilene è principalmente utilizzato nelle batterie lipo 3s al fosfato di ferro.
Oltre al materiale, anche il processo di preparazione ha una certa influenza sulle prestazioni del separatore.
4.2 Tecnologia di produzione della membrana della batteria lipo 3s
La tecnologia di produzione attuale del separatore della batteria lipo 3s è divisa in due categorie: metodo a secco e metodo a umido.
4.2.1 processo a secco della membrana della batteria lipo 3s
Il metodo a secco, noto anche come metodo di stiramento a fusione (MSCS), può essere ulteriormente suddiviso in stiramento uniaxiale e stiramento biaxiale. Questa via tecnica ha un lungo tempo di sviluppo ed è più matura, ed è principalmente utilizzata per la produzione di membrane in PP. Inoltre, il processo di stiramento biaxiale è utilizzato solo per batterie di fascia bassa a causa delle scarse prestazioni del prodotto finito, e non è più il processo di preparazione principale.
Il processo a secco ha le caratteristiche di semplicità, basso costo e rispetto per l'ambiente, ma le prestazioni del prodotto sono scarse ed è più adatto per batterie a bassa potenza e bassa capacità. Come menzionato sopra, la batteria lipo 3s al fosfato di ferro ha proprio il difetto della bassa densità energetica, quindi il separatore che utilizza il processo a secco è per lo più usato in questa linea tecnica.

4.2.2 Processo a umido per il diaframma della batteria lipo 3s
Il processo a umido, noto anche come separazione di fase termicamente indotta (TIPS), si differenzia dal processo a secco in cui viene solo stirato il film di base. Il processo a umido riveste la superficie del film di base per migliorare la stabilità termica del materiale. Rispetto ai prodotti preparati con processo a secco, il diaframma del processo a umido presenta evidenti vantaggi in termini di prestazioni. È più sottile, la sua resistenza alla trazione è più ideale, la sua porosità è maggiore, ha una dimensione dei pori più uniforme e un tasso di restringimento trasversale più elevato. Inoltre, la resistenza alla perforazione del separatore a umido è maggiore, il che favorisce il prolungamento della vita della batteria ed è più adatto alla direzione di sviluppo della batteria lipo 3s ad alta densità energetica. Attualmente è principalmente utilizzato nelle batterie ternarie.
Tuttavia, rispetto al processo a secco, il processo a umido è relativamente complesso, costoso e facilmente inquinante per l'ambiente.
4.3 Il processo a umido per il diaframma della batteria lipo 3s sta rapidamente sostituendo il processo a secco
Le attuali principali tendenze di mercato per i materiali del diaframma sono ben consolidate. Poiché risponde meglio ai requisiti di alta densità energetica delle batterie al litio, può prolungare la vita ciclica della batteria e aumentare la capacità di scarica ad alta velocità della batteria. Il processo a umido sta rapidamente sostituendo quello a secco. I dati mostrano che nel 2017 la quota di mercato del separatore per batteria lipo 3s a processo umido ha superato per la prima volta quella del separatore a processo secco, e nel 2018, solo un anno dopo, la quota di mercato è ulteriormente salita al 65%.
Quanto sopra è il contenuto completo dei quattro materiali chiave della batteria lipo 3s offerti da CNHL. Credo che dopo aver letto tutto il testo, tutti capiscano che le parti principali del costo della batteria lipo 3s sono il materiale dell'elettrodo positivo, il materiale dell'elettrodo negativo, l'elettrolita e il diaframma della batteria lipo 3s. Spero che il contenuto sopra sia utile per te, se hai bisogno di acquistare la batteria lipo 3s, puoi entrare nel nostro negozio online: Chinahobbyline per acquistare, abbiamo magazzini in tutto il mondo, puoi comprare con fiducia; se vuoi ottenere più informazioni sulla batteria lipo, clicca qui sotto:
sistema di gestione lipo 6s 6200mah e SOC lipo 6s 6200mah