Quatro materiais chave para bateria lipo 3s, conteúdo essencial!

Como é que a bateria lipo 3s gera eletricidade?

Quando a bateria lipo 3s está a funcionar, os iões de lítio participam na reação redox para converter energia química em energia elétrica, razão pela qual a bateria lipo 3s pode fornecer energia elétrica. Os indicadores de avaliação de um produto bateria lipo 3s incluem densidade energética, vida útil de ciclos, desempenho de taxa (desempenho de descarga sob diferentes correntes), desempenho de segurança e temperatura aplicável.

Composição de custos da bateria lipo 3s

Do ponto de vista da estrutura de custos da bateria lipo 3s, o eletrodo positivo, eletrodo negativo, eletrólito e separador são as quatro matérias-primas chave, e a sua proporção no custo é muito superior à de outros materiais como chicotes, conectores e agentes condutores. Isto é semelhante à bateria lipo 3s. O princípio básico de funcionamento é o mesmo.

Quatro materiais chave da bateria lipo 3s

1. Material do eletrodo positivo da bateria lipo 3s

Atualmente, o material do eletrodo positivo é o material principal da bateria lipo 3s, que é um fator chave na determinação do desempenho da bateria. Tem um impacto direto na densidade de energia final, voltagem, vida útil e segurança do produto. É também a parte mais cara da bateria lipo 3s. Por esta razão, a bateria lipo 3s é frequentemente nomeada pelo material do eletrodo positivo, como a bateria ternária, que é a bateria lipo 3s que utiliza o material ternário como eletrodo positivo.
A densidade energética da bateria lipo 3s refere-se à energia elétrica que pode ser libertada pelo volume ou massa unitária média da bateria. Quanto maior a densidade energética, maior a autonomia da bateria. Este indicador é uma das bases importantes para que uma bateria lipo 3s possa beneficiar de subsídios governamentais.
Sobre a densidade energética da bateria lipo O artigo seguinte apresenta detalhadamente o método para melhorar a densidade energética da bateria lipo. Parceiros interessados podem clicar para ver:
Melhoria da densidade de energia da bateria lipo 1200mah - melhoria da densidade da célula

A diferença entre os diferentes materiais de cátodo é óbvia, e os campos de aplicação também são diferentes. Os materiais comuns de cátodo podem ser divididos em óxido de cobalto de lítio (LCO), manganato de lítio (LMO), fosfato de ferro de lítio (LFP) e materiais ternários (NCM).
1) Material de óxido de ferro de lítio
O óxido de cobalto de lítio foi o primeiro material de cátodo comercializado. A sua densidade energética é superior à de baterias recarregáveis como níquel-hidreto metálico e chumbo-ácido. Reflete primeiramente o potencial de desenvolvimento da bateria lipo 3s, mas é muito caro e tem baixa vida útil de ciclo. É adequado apenas para produtos eletrónicos 3C. Embora o manganato de lítio tenha baixo custo, a sua densidade energética não é boa. Foi usado nos primeiros veículos elétricos de baixa velocidade, como carros de bateria, até certo ponto. Hoje, é usado principalmente em ferramentas elétricas e campos de armazenamento de energia, sendo raramente visto em baterias de potência.
2) Material ternário
A principal vantagem dos materiais ternários é a sua alta densidade energética. Sob o mesmo volume e massa, a vida útil da bateria está muito à frente de outras rotas técnicas. Mas as suas falhas também são muito evidentes: baixa segurança, ponto de ignição baixo quando sujeitos a choque e ambiente de alta temperatura. Em testes recentes de segurança, como perfuração e sobrecarga, que geram mais calor, é difícil para baterias ternárias de grande capacidade passarem no teste. É a falha no desempenho de segurança que sempre limitou a montagem em grande escala e a aplicação integrada da rota tecnológica de materiais ternários.

O fosfato de ferro de lítio é exatamente o oposto dos materiais ternários, com densidade energética e vida útil médias, mas excelente segurança.
Além da vantagem de segurança, outro fator importante por trás da rápida subida das vendas do fosfato de ferro de lítio é o baixo custo. Durante muito tempo, a principal razão para o alto custo das matérias-primas das baterias ternárias (que representam quase 90%) é a grande procura de cobalto. O cobalto é um mineral raro. É muito caro e extremamente instável de extrair. O preço flutua muito. A cadeia de abastecimento também é muito frágil, o que pode facilmente afetar as indústrias a jusante.
A autonomia típica de um veículo elétrico de fosfato de ferro de lítio é cerca de 300~400km, o que é suficiente para satisfazer as necessidades do tráfego urbano. A bateria ternária não consegue refletir as suas vantagens principais neste cenário de aplicação.
Impulsionado pela dupla motivação do custo e da infraestrutura, não é surpreendente que cada vez mais empresas automóveis escolham a rota tecnológica do fosfato de ferro de lítio. Mesmo o gigante das baterias de potência CATL, que começou com baterias ternárias, está a aumentar rapidamente a capacidade de produção de bateria lipo 3s de fosfato de ferro e a fornecer bateria lipo 3s de fosfato de ferro para a versão de vida útil padrão da Tesla Model 3 nacional.

No entanto, o desenvolvimento das baterias ternárias não parou. A tendência a longo prazo desta rota técnica é reduzir custos através da proporção de alto níquel e baixo cobalto, o chamado material ternário de alto níquel.
Este artigo sobre o material do cátodo da bateria lipo tem uma introdução mais detalhada. Parceiros interessados podem clicar para ver:
Explicação detalhada do material do cátodo da bateria lipo 6s

2. Material do eletrodo negativo da bateria lipo 3s

O material do eletrodo negativo da bateria lipo 3s é feito de substâncias ativas, ligantes e aditivos numa pasta adesiva, que depois é espalhada em ambos os lados da folha de cobre, seca e enrolada, para armazenar e libertar energia, o que afeta principalmente o ciclo dos indicadores de desempenho da bateria lipo 3s.
De acordo com os materiais ativos utilizados, os materiais do eletrodo negativo podem ser divididos em duas categorias: materiais de carbono e materiais não carbonáceos:
1) Materiais à base de carbono
Os materiais à base de carbono incluem duas rotas: materiais de grafite (grafite natural, grafite artificial e esferas de carbono mesofásico) e outros materiais à base de carbono (carbono duro, carbono mole e grafeno);
2) Materiais não carbonáceos
Os materiais não baseados em carbono podem ser subdivididos em materiais à base de titânio, materiais à base de silício, materiais à base de estanho, nitretos e lítio metálico.
Diferente do material do eletrodo positivo, embora o eletrodo negativo da bateria lipo 3s tenha o mesmo número de rotas, o produto final é muito simples, e o grafite artificial é a corrente dominante absoluta. Os dados mostram que as remessas de grafite artificial da China em 2020 serão cerca de 307.000 toneladas, representando 84% do total das remessas de materiais de ânodo, um aumento adicional de 5,5 pontos percentuais em relação ao nível de 2019.

Comparado com outros materiais, o grafite artificial tem bom desempenho de ciclo, segurança superior, tecnologia madura, fácil acesso a matérias-primas e baixo custo. É uma escolha ideal.
3) Uma nova geração de materiais de ânodo
O problema central do eletrodo negativo de grafite é que o limite teórico superior da densidade energética do material de eletrodo negativo de grafite é 372mAh/g, enquanto os produtos das empresas líderes do setor já conseguem atingir uma densidade energética de 365mAh/g, que está próxima do limite teórico, e o espaço para melhorias futuras é extremamente limitado. Há uma necessidade urgente de encontrar alternativas de próxima geração.
Entre a nova geração de materiais de ânodo, os ânodos à base de silício são candidatos populares. Têm uma densidade energética muito alta, e a relação de capacidade teórica pode atingir 4200mAh/g, muito superior à dos materiais de grafite. No entanto, como material de eletrodo negativo, o silício também tem defeitos graves, e a intercalação de iões de lítio causará uma expansão volumétrica severa, danificará a estrutura da bateria e provocará uma rápida diminuição da capacidade da bateria.

Uma das soluções atuais é usar materiais compósitos de silício-carbono. As partículas de silício são usadas como material ativo para fornecer capacidade de armazenamento de lítio. As partículas aglomeram-se durante os ciclos de carga-descarga.
Com base nisso, os materiais de ânodo de carbono de silício são considerados a rota técnica mais promissora e gradualmente ganham a atenção das empresas na cadeia industrial. O Model 3 da Tesla utilizou uma bateria de ânodo de grafite artificial dopada com 10% de material à base de silício, e a sua densidade energética alcançou com sucesso 300wh/kg, o que está significativamente à frente das baterias que utilizam rotas técnicas tradicionais.

No entanto, comparado com ânodos de grafite, além da tecnologia de processamento imatura dos ânodos de carbono de silício, o custo mais elevado também é um obstáculo. O preço atual de mercado dos materiais de ânodo de carbono de silício ultrapassa 150.000 yuan/tonelada, o que é o dobro dos materiais de ânodo de grafite artificial de alta qualidade. Após a produção em massa no futuro, os fabricantes de baterias também enfrentarão questões semelhantes de controlo de custos como os materiais do cátodo.

3. eletrólito da bateria lipo 3s

Na bateria lipo 3s, o eletrólito é usado principalmente como transportador para a migração de iões, garantindo a transmissão de iões entre os eletrodos positivo e negativo. A sua segurança na bateria lipo 3s (sobre os problemas de segurança da bateria lipo, este artigo apresenta medidas preventivas para lidar com esses problemas, e os parceiros que necessitem podem lê-lo por si próprios: cnhl 6s lipo battery safety problems and preventive measures), vida útil do ciclo, taxa de carga e descarga, desempenho em altas e baixas temperaturas, densidade energética e outros indicadores de desempenho têm certas influências.

O eletrólito é geralmente composto por matérias-primas como solvente orgânico de alta pureza, sal de lítio eletrólito e aditivos numa certa proporção. Segundo a qualidade, a qualidade do solvente representa 80%~90%, o sal de lítio representa 10%~15%, e o aditivo representa cerca de 5%; segundo o custo, o sal de lítio representa cerca de 40%~50%, o solvente representa cerca de 40%~50%, cerca de 30%, e os aditivos representam cerca de 10% a 30%.
1) Requisitos para o eletrólito da bateria lipo 3s
Comparado com os outros três materiais, a bateria lipo 3s tem os requisitos mais complexos para o eletrólito e precisa ter várias características:
Boa condutividade iónica e baixa resistência à migração iónica;
Alta estabilidade química, sem reações secundárias nocivas com materiais do eletrodo, eletrólitos, diafragmas, etc.;
O ponto de fusão é baixo, o ponto de ebulição é alto, e mantém-se líquido numa ampla faixa de temperatura;
A invenção tem as vantagens de boa segurança, processo de preparação simples, baixo custo, não tóxico e não poluente.
2) Eletrólito principal da bateria lipo 3s
Hexafluorofosfato de Lítio
Atualmente, o hexafluorofosfato de lítio (LiPF6) é o soluto de sal de lítio predominante devido ao seu melhor desempenho e menor custo. Tem boa solubilidade e alta condutividade elétrica em vários solventes não aquosos, propriedades químicas relativamente estáveis, boa segurança e menor poluição ambiental. No entanto, as suas falhas também são evidentes: o hexafluorofosfato de lítio é sensível à humidade e tem baixa estabilidade térmica. Pode começar a decompor-se a partir dos 60 °C, e o desempenho da bateria decai rapidamente. O efeito de ciclo em ambiente de baixa temperatura é relativamente comum, e a faixa de temperatura adaptável é estreita.

Além disso, o hexafluorofosfato de lítio tem exigências muito elevadas quanto à sua pureza e estabilidade. O processo de produção envolve condições de trabalho rigorosas, como baixa temperatura, forte corrosão, ausência de água e poeira, e a produção é também relativamente difícil.
Bisfluorossulfonimida de Lítio
Entre a nova geração de sais de lítio, o bisfluorossulfonimida de lítio (LiFSI) é considerado uma alternativa promissora ao hexafluorofosfato de lítio. Comparado com os sais de lítio tradicionais, o LiFSI tem maior estabilidade térmica e apresenta vantagens em condutividade elétrica, vida útil do ciclo, desempenho a baixas temperaturas, etc.
No entanto, limitado pelo processo de produção e capacidade, o custo do LiFSI é demasiado elevado, muito superior ao do hexafluorofosfato de lítio. Para controlar o custo, o LiFSI é ainda mais usado como aditivo de eletrólito na utilização comercial real, em vez de um soluto de sal de lítio.
A introdução detalhada do eletrólito da bateria lipo é apresentada no artigo seguinte, e os parceiros que necessitem podem expandir a leitura:
Eletrólito da bateria lipo Cnhl 6s, função prática e construção do sistema clássico

4. diafragma da bateria lipo 3s

O separador da bateria lipo 3s é uma película fina entre os eletrodos positivo e negativo, que pode ser usada para separar os eletrodos positivo e negativo para evitar curtos-circuitos quando a bateria lipo 3s sofre uma reação de eletrólise. O separador está imerso no eletrólito, e existem muitos microporos na superfície que permitem a passagem de iões de lítio. O material, o número e a espessura dos microporos irão afetar a velocidade de passagem dos iões de lítio através do separador, o que por sua vez afeta a taxa de descarga, a vida útil do ciclo e outros indicadores da bateria.

O poliolefina é o material geral atual do separador da bateria lipo 3s, que pode fornecer boa estabilidade mecânica e química para o separador da bateria lipo 3s. É subdividido em três categorias: polietileno (PE), polipropileno (PP) e materiais compostos.
4.1 seleção do material do diafragma da bateria lipo 3s
A escolha do material do diafragma está relacionada com o material do eletrodo positivo. Atualmente, o polietileno é usado principalmente na bateria lipo 3s ternária, e o polipropileno é usado principalmente na bateria lipo 3s de fosfato de ferro.
Além do material, o processo de preparação também tem certa influência no desempenho do separador.
4.2 Tecnologia de produção do diafragma da bateria lipo 3s
A tecnologia de produção atual do separador da bateria lipo 3s divide-se em duas categorias: método a seco e método húmido.
4.2.1 processo a seco do diafragma da bateria lipo 3s
O método a seco, também conhecido como método de estiramento por fusão (MSCS), pode ser subdividido em estiramento uniaxial e estiramento biaxial. Esta rota técnica tem um longo tempo de desenvolvimento e é mais madura, sendo principalmente usada para a produção de membranas de PP. Além disso, o processo de estiramento biaxial é usado apenas para baterias de baixo custo devido ao desempenho inferior do produto acabado, e já não é o processo de preparação dominante.
O processo seco tem as características de simplicidade, baixo custo e respeito pelo ambiente, mas o desempenho do produto é pobre, sendo mais adequado para baterias de baixa potência e baixa capacidade. Como mencionado acima, a bateria lipo 3s de fosfato de ferro tem apenas o defeito de baixa densidade energética, por isso o separador que usa o processo seco é maioritariamente usado nesta rota técnica.

4.2.2 Processo húmido da membrana da bateria lipo 3s
O processo húmido, também conhecido como separação de fase induzida termicamente (TIPS), difere do processo seco em que apenas o filme base é esticado. O processo húmido reveste a superfície do filme base para melhorar a estabilidade térmica do material. Comparado com produtos preparados pelo processo seco, a membrana do processo húmido tem vantagens óbvias em desempenho. A sua espessura é mais fina, a sua resistência à tração é mais ideal, a sua porosidade é maior, tem um tamanho de poro mais uniforme e uma taxa de encolhimento transversal mais elevada. Além disso, a resistência à perfuração do separador húmido é maior, o que é mais favorável para prolongar a vida útil da bateria, e é mais adequado para a direção de desenvolvimento da bateria lipo 3s com alta densidade energética. Atualmente é usado principalmente em baterias ternárias.
No entanto, comparado com o processo seco, o processo húmido é relativamente complexo, caro e polui facilmente o ambiente.
4.3 O processo húmido da membrana da bateria lipo 3s está a substituir rapidamente o processo seco
As atuais principais tendências do mercado para materiais de membrana estão bem estabelecidas. Porque está mais alinhado com os requisitos de alta densidade energética das baterias de potência, pode prolongar a vida útil do ciclo da bateria e aumentar a capacidade de descarga em alta taxa da bateria. O processo húmido está a substituir rapidamente o processo seco. Os dados mostram que em 2017, a quota de mercado do separador de bateria lipo 3s de processo húmido ultrapassou pela primeira vez a do separador de processo seco, e em 2018, apenas um ano depois, a quota de mercado subiu ainda mais para 65%.
O acima é o conteúdo completo dos quatro materiais-chave da bateria lipo 3s trazidos a si pela CNHL. Acredito que, após ler todo o texto, todos compreendem que as principais partes do custo da bateria lipo 3s são o material do eletrodo positivo, o material do eletrodo negativo, o eletrólito e a membrana da bateria lipo 3s. Espero que o conteúdo acima seja útil para si, se precisar de comprar bateria lipo 3s, pode entrar na nossa loja online: Chinahobbyline para comprar, temos armazéns em todo o mundo, pode comprar com confiança; se quiser obter mais informações sobre bateria lipo, por favor clique abaixo:
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