Skok performansi litijevih baterija uvijek se oslanjao na kontinuirane proboje u materijalnoj tehnologiji. Inovacija u pozitivnim materijalima elektroda, negativnim materijalima elektroda, separatorima i elektrolitima globalnim znanstvenim istraživanjima i industrijom pokreće evoluciju baterijskih ćelija prema većoj gustoći energije, duljeg trajanja ciklusa i bolju sigurnost. Ova materijalna inovacija punog lanca pruža osnovnu pokretačku silu za nova energetska vozila, skladištenje energije i druga polja.
1 Pozitivni materijal za elektrodu: Uravnotežavanje visokog kapaciteta i stabilnosti
Kineska ruta "visoki nikl ternarni" i dalje se probija. NCM911 materijal s pozitivnim elektrodom (s sadržajem nikla od 90%) koje je razvilo određeno poduzeće ima specifičan kapacitet od 220mAh/g, što je 10% veće od NCM811, a gustoća energije u baterijskoj ćeliji prelazi 800WH/L. Kroz proces "monokristalnog+premaza": sekundarne čestice su slomljene u pojedinačne kristale (veličina čestica 3 µm), a površina je obložena tankim filmom LIPO3 (debljina 2NM). Nakon 500 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta doseže 90%, rješavajući problem strukturnog kolapsa u materijalima s visokim niklom. U visokoj - krajnjem električnom vozilu, ovaj materijal omogućuje raspon od preko 1000 kilometara.
Inovacija katoda bez kobalta u Sjedinjenim Državama smanjuje troškove. Pozitivna elektroda litij mangana željeznog fosfata (LMFP) koju je razvio Tesla povećao je svoj specifični kapacitet sa 170m/g LFP na 190m/g dopingom s manganovim elementom (sadržaj od 20%), povećavajući naponsku platformu za 0,2V. Njegov postupak "tekućine - faza" smanjuje troškove materijala za 30% u usporedbi s NCM -om i ne sadrži kobaltni element (kako bi se izbjegli rizici resursa). Testovi su pokazali da stanice koje koriste LMFP imaju stopu zadržavanja kapaciteta od 85% na - 20 stupnjeva, što je 15% veće od LFP-a i pogodno za scenarije niske temperature.
2 Negativni materijal za elektrodu: dolazak ere temeljenog na silicijumu -
Japanski komercijalni proboj u "Silicijskim ugljičnim kompozitima". Silikonska negativna elektroda ugljika koju je razvio Panasonic (sa udjelom silicija od 20%) ima specifičan kapacitet od 600mAh/g, što je 1,5 puta veća od grafitnih negativnih elektroda i povećava gustoću energije baterija za 20%. Kroz dizajn "nano silicijskih čestica+ugljikov premaz": Veličina silicijskih čestica se kontrolira pri 50 nm (kako bi se izbjeglo širenje i fragmentacija volumena), a površina je obložena slojem tvrdog ugljika (debljina 5Nm). Nakon 200 ciklusa, stopa zadržavanja kapaciteta doseže 85%. Negativna elektroda primijenjena je na određenu bateriju električnih vozila, postižući gustoću energije od 300wh/kg u bateriji.
Europska 'negativna elektroda temeljena na Titanijumu' usredotočena je na sigurnost. Negativna elektroda njemačke tvrtke litij titanat (LTO) ima nulte karakteristike naprezanja (brzina promjene volumena<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 Diafragma i elektrolit: Nevidljivo jamstvo sigurnosti i vodljivosti
'Obložena membrana' Južne Koreje povećava otpornost na visoku temperaturu. LG CHEM -ova keramička obložena dijafragma (supstrat PP, obložena debljinom Al ₂ O3 od 3 µm) poboljšala je temperaturnu otpornost sa 160 stupnjeva na 200 stupnjeva, čvrstoću punkcije od 300 GF, što je 50% veće od običnih dijafragmi. U termalnom testu, dijafragma može odgoditi vrijeme kratkog spoja baterije na 15 minuta, kupujući vrijeme za sigurnosni odziv baterijskog sustava. Njegov dizajn "nanopora" (s veličinom pora 0,1 µm) povećava ionsku vodljivost za 10% i smanjuje unutarnji otpor baterijske ćelije.
Kineski "elektrolit za usporavanje plamena" prevladava točke sigurnosti boli. Elektrolit "Lifsi+fosfat ester" razvijeno od strane određenog poduzeća, s dodatkom 10% retardiranog plamena (trietil fosfatni ester), povećava točku paljenja elektrolita sa 180 stupnjeva na 300 stupnjeva bez utjecaja na vodljivost Iona (održavanje 10 ms/cm). U testu igle za probijanje, baterijske ćelije koje koriste ovaj elektrolit samo dimu i ne eksplodiraju, te su prošle UL94 V - 0 certifikata. Istodobno, elektrolit omogućuje baterijskoj ćeliji da održava stopu zadržavanja kapaciteta od 70% na -30 stupnjeva, proširujući granice aplikacija s niskim temperaturama.
Materijalna inovacija ćelija litij baterija prebacuje se s "optimizacije pojedinačnog materijala" u "kompletnu suradnju u sustavu". U budućnosti, sa zrelom čvrstim - stanja elektrolita (ionska vodljivost veća od 10 ⁻ s/cm) i rijetkih elektroda bez metala, baterije će postići krajnji cilj "gustoće energije od 1000wh/l+ciklusa ciklusa 100000 puta+apsolutna industrija", postavljajući materijal za utemeljenje materijala.