Bước nhảy vọt của các tế bào pin lithium luôn dựa vào những đột phá liên tục trong công nghệ vật liệu. Sự đổi mới trong các vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm, thiết bị tách và chất điện phân bởi nghiên cứu khoa học toàn cầu và ngành công nghiệp đang thúc đẩy sự phát triển của các tế bào pin hướng tới mật độ năng lượng cao hơn, tuổi thọ dài hơn và an toàn tốt hơn. Sự đổi mới vật liệu chuỗi đầy đủ này cung cấp động lực cốt lõi cho các phương tiện năng lượng mới, lưu trữ năng lượng và các lĩnh vực khác.
1 Vật liệu điện cực dương: Cân bằng công suất và độ ổn định cao
Tuyến đường "Niken cao" của Trung Quốc tiếp tục đột phá. Vật liệu điện cực dương NCM911 (với hàm lượng niken là 90%) được phát triển bởi một doanh nghiệp nhất định có công suất cụ thể là 220mAh/g, cao hơn 10% so với NCM811 và mật độ năng lượng của pin pin vượt quá 800Wh/L. Thông qua quá trình "Lớp phủ đơn tinh thể+": Các hạt thứ cấp được chia thành các tinh thể đơn (kích thước hạt 3 μ m) và bề mặt được phủ một màng mỏng lipo3 (độ dày 2nm). Sau 500 chu kỳ, tỷ lệ duy trì công suất đạt 90%, giải quyết vấn đề sụp đổ cấu trúc trong vật liệu niken cao. Trong một - pin xe điện kết thúc, vật liệu này cho phép một phạm vi hơn 1000 km.
Sự đổi mới của catốt không có coban ở Hoa Kỳ làm giảm chi phí. Điện cực dương tính dương Iron phosphate (LMFP) được phát triển bởi Tesla đã tăng công suất cụ thể từ 170mAh/g LFP lên 190mAh/g bằng cách pha tạp với nguyên tố mangan (hàm lượng 20%), trong khi tăng nền tảng điện áp 0,2V. Quá trình tổng hợp pha "chất lỏng -" làm giảm 30% chi phí vật liệu so với NCM và không chứa phần tử coban (để tránh rủi ro tài nguyên). Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng các tế bào sử dụng LMFP có tỷ lệ duy trì công suất là 85% tại - 20 độ, cao hơn 15% so với LFP và phù hợp cho các kịch bản nhiệt độ thấp.
2 Vật liệu điện cực âm: Sự xuất hiện của Silicon - kỷ nguyên dựa trên
Bước đột phá thương mại của Nhật Bản trong "vật liệu tổng hợp carbon silicon". Điện cực âm carbon silicon được phát triển bởi Panasonic (với hàm lượng silicon 20%) có công suất cụ thể là 600mAh/g, gấp 1,5 lần các điện cực âm than chì và tăng mật độ năng lượng của tế bào pin lên 20%. Thông qua thiết kế "các hạt silic nano+lớp phủ carbon": kích thước của các hạt silicon được kiểm soát ở mức 50nm (để tránh sự mở rộng và phân mảnh âm lượng), và bề mặt được phủ một lớp carbon cứng (độ dày 5nm). Sau 200 chu kỳ, tỷ lệ duy trì công suất đạt 85%. Điện cực âm đã được áp dụng cho một pin xe điện nhất định, đạt được mật độ năng lượng là 300Wh/kg trong bộ pin.
'Điện cực âm dựa trên Titan' của châu Âu tập trung vào an toàn. Điện cực âm của lithium titanate (LTO) của một công ty Đức không có đặc điểm biến dạng (tốc độ thay đổi âm lượng<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 cơ hoành và điện giải: đảm bảo vô hình về an toàn và độ dẫn điện
'Màng phủ' của Hàn Quốc tăng cường khả năng chống nhiệt độ cao. Cơ hoành tráng men của LG Chem (PP chất nền, được phủ bằng độ dày Al ₂ O3 3 μ m) đã cải thiện điện trở nhiệt độ từ 160 độ lên 200 độ, với cường độ thủng 300GF, cao hơn 50% so với cơ hoành thông thường. Trong thử nghiệm bỏ chạy nhiệt, cơ hoành có thể trì hoãn thời gian ngắn của pin pin xuống 15 phút, mua thời gian để đáp ứng an toàn của hệ thống pin. Thiết kế "nanopore" của nó (với kích thước lỗ rỗng 0,1 m) làm tăng độ dẫn ion 10% và giảm điện trở bên trong của pin pin.
Chất điện phân chống cháy ngọn lửa 'của Trung Quốc vượt qua các điểm đau an toàn. Chất điện phân "LIFSI+Phosphate Ester" được phát triển bởi một doanh nghiệp nhất định, với việc bổ sung 10% chất chống cháy (Triethyl Phosphate Ester), làm tăng điểm đánh lửa của chất điện phân từ 180 độ đến 300 độ mà không ảnh hưởng đến độ dẫn ion (duy trì 10ms/cm). Trong thử nghiệm thủng kim, các tế bào pin sử dụng thuốc điện phân này và không phát nổ và đã thông qua chứng nhận UL94 V - 0. Đồng thời, chất điện phân cho phép pin pin duy trì tốc độ giữ công suất 70% ở -30 độ, mở rộng ranh giới của các ứng dụng nhiệt độ thấp.
Sự đổi mới vật chất của các tế bào pin lithium đang chuyển từ "tối ưu hóa vật liệu đơn" sang "cộng tác toàn bộ hệ thống". Trong tương lai, với sự trưởng thành của các chất điện phân trạng thái- (độ dẫn ion vượt quá 10 ⁻ s/cm) và các điện cực không có kim loại hiếm, pin sẽ đạt được mục tiêu cuối cùng là "mật độ năng lượng 1000Wh/L+