Litija akumulatoru šūnu veiktspējas lēciens vienmēr ir paļāvies uz nepārtrauktiem materiālu tehnoloģiju sasniegumiem. Inovācija pozitīvu elektrodu materiālos, negatīvie elektrodu materiāli, separatori un elektrolīti, izmantojot globālos zinātniskos pētījumus un rūpniecību, virza akumulatora šūnu attīstību uz lielāku enerģijas blīvumu, ilgāku cikla kalpošanas laiku un labāku drošību. Šī pilna ķēdes materiāla inovācija nodrošina galveno virzošo spēku jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, enerģijas uzkrāšanai un citām jomām.
1 Pozitīvs elektrodu materiāls: augstas ietilpības un stabilitātes līdzsvarošana
Ķīnas "augstā niķeļa trīskāršais" maršruts turpina izlauzties. NCM911 pozitīvā elektrodu materiālam (ar niķeļa saturu 90%), ko izstrādājis noteikts uzņēmums, ir īpaša ietilpība 220mAh/g, kas ir par 10% lielāks nekā NCM811, un akumulatora šūnas enerģijas blīvums pārsniedz 800Wh/L. Izmantojot "monokristālisko+pārklājumu" procesu: sekundārās daļiņas ir sadalītas atsevišķos kristālos (daļiņu izmērs 3 μm), un virsma ir pārklāta ar lipo3 plānu plēvi (biezums 2nm). Pēc 500 cikliem jaudas aiztures līmenis sasniedz 90%, risinot strukturālā sabrukuma problēmu ar augstu niķeļa materiāliem. Augstas klases elektriskā transportlīdzekļa akumulatorā šis materiāls nodrošina vairāk nekā 1000 kilometru diapazonu.
Kobalta bezmaksas katodu inovācija Amerikas Savienotajās Valstīs samazina izmaksas. Litija mangāna dzelzs fosfāta (LMFP) pozitīvais elektrods, ko izstrādājis Tesla, ir palielinājis tā specifisko ietilpību no 170mA/g LFP līdz 190mAh/g, doping ar mangāna elementu (saturs 20%), vienlaikus palielinot sprieguma platformu par 0,2 V. Tā "šķidrās fāzes sintēzes" process samazina materiāla izmaksas par 30%, salīdzinot ar NCM, un tajā nav kobalta elementa (lai izvairītos no resursu riskiem). Pārbaudes parādīja, ka šūnām, kuras izmanto LMFP, jaudas aiztures ātrums ir 85% -20 grādos, kas ir par 15% augstāks nekā LFP un piemērots zemas temperatūras scenārijiem.
2 Negatīvs elektrodu materiāls: uz silīcija bāzes laikmeta ienākšana
Japānas komerciālais sasniegums "silīcija oglekļa kompozītmateriālos". Panasonic izstrādātajam silīcija oglekļa negatīvajam elektrodam (ar silīcija saturu 20%) ir īpaša ietilpība 600 mAh/g, kas ir 1,5 reizes lielāka par grafīta negatīvu elektrodu un palielina akumulatora šūnu enerģijas blīvumu par 20%. Izstrādājot "nano silīcija daļiņas+oglekļa pārklājumu": silīcija daļiņu lielumu kontrolē pie 50 nm (lai izvairītos no tilpuma izplešanās un sadrumstalotības), un virsma ir pārklāta ar cieta oglekļa slāni (biezums 5 nm). Pēc 200 ciklu jaudas aiztures līmenis sasniedz 85%. Negatīvais elektrods ir uzklāts uz noteiktu elektriskā transportlīdzekļa akumulatoru, akumulatora komplektā sasniedzot enerģijas blīvumu 300Wh/kg.
Eiropas “titāna bāzes negatīvs elektrods” koncentrējas uz drošību. Vācijas uzņēmuma litija titanāta (LTO) negatīvajam elektrodam ir nulles celma raksturlielumi (tilpuma izmaiņu ātrums<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 un elektrolīts: neredzama drošības un vadītspējas garantija
Dienvidkorejas “pārklātā membrāna” uzlabo izturību pret augstu temperatūru. LG Chem ar keramikas pārklājumu pārklāta diafragma (substrāts PP, kas pārklāts ar Al ₂ O3 biezumu 3 μm) ir uzlabojusies temperatūras izturība no 160 grādiem līdz 200 grādiem, ar punkcijas stiprumu 300GF, kas ir par 50% augstāks nekā parastās diafragmas. Termiskā bēguļojošā testā diafragma var aizkavēt akumulatora šūnas īssavienojuma laiku līdz 15 minūtēm, pērkot laiku akumulatora sistēmas drošības reakcijai. Tā "nanoporu" dizains (ar poru izmēru 0,1 μm) palielina jonu vadītspēju par 10% un samazina akumulatora šūnas iekšējo pretestību.
Ķīnas “liesmas slāpētais elektrolīts” pārvar drošības sāpju punktus. "Lifsi+fosfāta estera" elektrolīts, ko izstrādājis noteikts uzņēmums, pievienojot 10% liesmas slāpētāju (trietilfosfāta esteris), palielina elektrolīta aizdedzes punktu no 180 grādiem līdz 300 grādiem, neietekmējot jonu vadītspēju (saglabājot 10 ms/cm). Adatas punkcijas testā akumulatora šūnas, izmantojot tikai šo elektrolītu, smēķē un nesprāgst, un ir nokārtojušas UL94 V-0 sertifikātu. Tajā pašā laikā elektrolīts ļauj akumulatora šūnai saglabāt jaudas aiztures ātrumu 70% pie -30 grādu, paplašinot zemas temperatūras lietojumprogrammu robežas.
Litija akumulatora šūnu materiālo inovācija pāriet no "viena materiāla optimizācijas" uz "pilnīgu sistēmas sadarbību". Nākotnē ar cietvielu elektrolītu briedumu (jonu vadītspēja, kas pārsniedz 10 ⁻ s/cm) un retus metāla elektrodus, akumulatora šūnas sasniegs galīgo mērķi-"enerģijas blīvums 1000W/L+cikla kalpošanas laiks 100000 reizes+absolūtā drošībā", liekot materiāla pamatu jaunās enerģijas eksplozīvai izaugsmei.