Kad litija akumulatora šūnu enerģijas blīvums pārsniedz 300Wh/kg sliekšņa, augstais niķeļa pozitīvais elektrodu materiāli kļūst par galveno virzošo spēku, kas tam aiz tā. Niķeļa saturs ir palielinājies no 5 sērijām (NI50%) līdz 8 sērijām (NI80%) un pat 9 sērijas (NI90%), kas ne tikai palielina akumulatora ietilpību par vairāk nekā 20%, bet arī veicina elektriskā transportlīdzekļa diapazonu, lai viegli pārsniegtu 600 kilometrus. Bet aiz šīs “niķeļa pievienošanas sacensības” ir stingrs līdzsvars starp materiāla stabilitāti un procesa precizitāti.
1 Darbības un stabilitātes spēle: izrāviens materiāla līmenī
Augsta niķeļa materiālu galvenā pretruna ir kompromiss starp aktivitāti un stabilitāti. Niķeļa satura palielināšanās uzlabo litija jonu deintercalācijas spēju, bet tas var izraisīt pozitīvās elektrodu materiāla struktūras sabrukšanu - 8 sērijas šūnu ietilpības aiztures ātrums parasti ir par 10% zemāks nekā 5 sērijas šūnām pēc 200 cikliem. Lai atrisinātu šo problēmu, ražotāji pieņem "monokristālisku" procesu, lai tradicionālās polikristāliskās daļiņas padarītu pilnos viena kristālos, samazinot graudu robežas reakcijas starp daļiņām. Uzņēmuma 9 sērijas vienkristāla šūnas cikla kalpošanas laiks ir pārsniedzis 1500 reizes, kas ir par 50% ilgāks nekā parastie polikristāliskie produkti.
Virsmas pārklājuma tehnoloģija ir kā "aizsargājoša apģērba" uzlikšana uz pozitīvā elektrodu materiāla. Pārklājot daļiņu virsmu ar al ₂ o ⅲ vai lipo ⅲ plēves slāni, tā var bloķēt elektrolītu eroziju, neietekmējot litija jonu vadīšanu. Pārbaudes parādīja, ka 811 akumulatora šūnu (Ni80% CO10% MN10%) jaudas samazināšanas ātrums pēc pārklājuma apstrādes tiek samazināts par 30% augstas temperatūras cikla laikā ar 60 grādiem. Dopinga modifikācijas tehnoloģija var uzlabot kristāla struktūras stabilitāti, ieviešot tādus elementus kā Mg un Zr. 92% augsts niķeļa akumulatora elements, kas leģēts ar mg, joprojām saglabā jaudas saglabāšanas ātrumu 85% pēc 1000 ciklu, ievērojami pārsniedzot nozares vidējo rādītāju 70%.
2 milimetru līmeņa procesa kontrole: Precīzas cīņa ražošanas procesā
Augsts niķeļa materiāli ir ārkārtīgi jutīgi pret mitrumu, un partijas darbnīcai ir jāsaglabā sausa vide ar rasas punktu zem -40 grādiem, kas ir 100 reizes sausāks nekā gaiss tuksneša apgabalos. Kad mitruma saturs pārsniedz 50ppm, tas izraisīs materiāla hidrolīzi, lai iegūtu HF gāzi, korozētu elektrodus un izraisītu šūnu pietūkumu. Vadošais uzņēmums izmanto trīs līmeņu žāvēšanas sistēmu (rotācijas sausināšana+vakuuma cepšana+inerta gāzes aizsardzība), lai kontrolētu materiālu mitruma saturu 10ppm, samazinot akumulatora šūnu defektu ātrumu līdz 0,5%.
Virsmas blīvuma kļūda pārklājuma procesā ir jākontrolē ± 1%robežās, pretējā gadījumā pārmērīgs vietējā niķeļa saturs var izraisīt mikro shēmas. Ningde Times ražošanas līnijā tiek izmantota lāzera tiešsaistes noteikšana, lai kontrolētu elektrodu biezuma svārstības 2 μm robežās, un sadarbojas ar servo motoriem, lai reālā laikā pielāgotu pārklājuma ātrumu, tādējādi palielinot augstu niķeļa akumulatora šūnu ražu no 75% līdz 92%. Ritēšanas process izmanto "gradienta spiediena" tehnoloģiju ar malu spiedienu par 10% zemāku nekā centrā, izvairoties no augsta niķeļa materiāla daļiņu pārrāvuma. Elektrodu blīvuma blīvums var sasniegt 4,2 g/cm ³, kas ir par 8% augstāks nekā tradicionālie procesi.
3 uz scenāriju balstīta lietojumprogramma: veids, kā pielāgoties no elektriskajiem transportlīdzekļiem uz enerģijas uzglabāšanu
Mūsdienās augstas niķeļa akumulatora šūnas ir iekļuvušas no augstākās klases elektriskajiem transportlīdzekļiem līdz enerģijas uzglabāšanas laukam. Sadzīves enerģijas uzglabāšanas baterijās 8 sērijas akumulatora šūnas ar to enerģijas blīvuma priekšrocībām samazina enerģijas uzglabāšanas skapja lielumu par 15%. Tomēr, lai līdzsvarotu izmaksas, ražotāji bieži izmanto hibrīda uzglabāšanas šķīdumu "augsts niķeļa+litija dzelzs fosfāts" - izmantojot augstas niķeļa akumulatora šūnas ātrai uzlādēšanai un izlādēšanai dienas laikā un litija dzelzs fosfātu, lai uzturētu pamata barošanas avotu naktī, panākot situāciju starp veiktspēju un ekonomiku. Pēc šī risinājuma pieņemšanas Vācijas mājsaimniecības enerģijas uzkrāšanas sistēma samazināja elektrības izmaksas par 0,1 eiro uz kilovatstundu un saīsināja ieguldījumu atmaksas periodu par 1,5 gadiem.
Īpašo transportlīdzekļu laukā tiek parādīts augstā niķeļa bateriju augstā līmeņa veiktspēja. Elektriskais iekrāvējs, kas aprīkots ar 9 sērijas akumulatora elementiem, var atbalstīt 1C ātru uzlādi (pilnībā uzlādēts 1 stundu), pagarinot nepārtrauktas darbības laiku līdz 8 stundām, kas ir par 30% augstāks nekā tradicionālās litija dzelzs fosfāta baterijas. Dronu laukā 21700 specifikācijas augstā niķeļa cilindriskā akumulatora šūnu enerģijas blīvums ir 280WH/kg, kas ļauj ražas aizsardzības dronu izturības laikam pārsniegt 40 minūtes un palielina darbības efektivitāti par 25%.
Augsta niķeļa pozitīvo elektrodu šūnu attīstība būtībā ir "precīzu manipulāciju" tehniskā māksla - tā mērķis ir maksimizēt niķeļa elementu enerģijas potenciālu, vienlaikus novēršot to "nikno temperamentu", izmantojot materiālu modifikāciju un procesa optimizāciju. Ar tādu tehnoloģiju briedumu kā kobalta bez augsta niķeļa un serdes apvalka struktūra, šī līdzsvarošanas tehnika litija baterijas virzīs uz lielāku enerģijas blīvumu un ilgāku kalpošanas laiku.