Производство литий ионных аккумуляторов: Крупнейшие производители литий-ионных аккумуляторов в мире

Основанная в 2001 году, компания BAK Group со штаб-квартирой в районе Лунган, Шэньчжэнь, провинция Гуандун. Сейчас она превратилась в новое энергетическое предприятие, три основных направления деятельности которого — переработка литиевых аккумуляторов, электромобилей и аккумуляторов. BAK владеет отраслевыми кластерами по добыче и переработке в Китае, которые объединяют исследования и разработки (R&D), производство и продажу литиевых батарей и электромобилей, такие как Shenzhen BAK Power, Zhengzhou BAK Battery.Помимо этого, у компании есть дочерние компании в Европе и Индии, а также открыты офисы в США для поддержки обширного внутреннего рынка.

Blue Energy Co., Ltd. была основана в 2009 году и базируется в Фукучияме, Япония. Он работает как дочерняя компания GS Yuasa Corporation и производит, а также продает литий-ионные батареи. Кроме того, он предлагает элементы питания Eh5 и аккумуляторные батареи Eh5 для гражданских гибридных автомобилей.

Основанная в феврале 1995 года, BYD выросла из стартапа со всего лишь 20 сотрудниками в глобальную компанию с 240 тысячами сотрудников.Компания создала более 30 промышленных парков на шести континентах и ​​сыграла ключевую роль в таких отраслях, как электроника, автомобили, новые источники энергии и железнодорожный транспорт. BYD предлагает энергетические решения с нулевым уровнем выбросов, от производства и хранения энергии до ее приложений.

Производство литиевых батарей

Процессы, используемые для производства литиевых батарей, очень похожи на те, которые используются при производстве никель-кадмиевых элементов и никель-металлогидридных элементов, с некоторыми ключевыми отличиями, связанными с более высокой реакционной способностью химикатов, используемых в литиевых элементах.

Покрытие электрода

Аноды и катоды в литиевых элементах имеют аналогичную форму и изготавливаются с помощью аналогичных процессов на аналогичном или идентичном оборудовании. Активные электродные материалы покрыты с обеих сторон металлической фольгой, которая действует как токоприемники, проводящие ток в ячейку и из нее. Материал анода представляет собой углерод, а катод — оксид металлического лития.Оба эти материала поставляются на завод в виде черного пороха, и для неподготовленного глаза они практически неотличимы друг от друга. Поскольку загрязнение между материалами анода и катода приведет к разрушению батареи, необходимо проявлять большую осторожность, чтобы предотвратить контакт этих материалов друг с другом. По этой причине аноды и катоды обычно обрабатываются в разных помещениях.

Размер частиц должен быть минимальным, чтобы обеспечить максимальную эффективную площадь поверхности электродов, необходимую для сильноточных ячеек.Форма частиц также важна. Желательны гладкие сферические формы с закругленными краями, поскольку острые края или чешуйчатые поверхности подвержены более высокому электрическому напряжению и разложению пассивирующего анод слоя SEI, что может привести к очень сильному тепловыделению и возможному тепловому выходу из строя при использовании элементов.

Металлическая электродная фольга поставляется на больших барабанах, обычно шириной около 500 мм, с медью для анода и алюминием для катода, и эти барабаны устанавливаются непосредственно на машинах для нанесения покрытий, где фольга разматывается при подаче в машину. через прецизионные ролики.

Процесс нанесения покрытия показан на диаграмме ниже

Первый этап заключается в смешивании материалов электродов с проводящим связующим с образованием суспензии, которая распределяется по поверхности фольги, когда она проходит в машину. Режущая кромка расположена непосредственно над фольгой, а толщина покрытия электрода регулируется путем регулировки зазора между режущей кромкой и фольгой.Поскольку гравиметрическая или объемная емкость накопления энергии анодного материала не является чем-то необычным, чем у материала катода, толщина слоев покрытия должна быть установлена ​​так, чтобы обеспечить накопление энергии на единицу площади анодного и катодного электродов. быть сопоставленным.

Из устройства для нанесения покрытия фольга с покрытием подается непосредственно в длинную сушильную печь для запекания электродного материала на фольге. Когда фольга с покрытием выходит из печи, она снова наматывается.

Покрытая фольга затем подается в машины для продольной резки, чтобы разрезать фольгу на более узкие полосы, подходящие для электродов разных размеров. Позже их обрезают до нужной длины. Любые заусенцы на краях полос фольги могут привести к внутреннему короткому замыканию в ячейках, поэтому продольно-резательный станок необходимо производить и обслуживать очень точно.

Ячейка в сборе

На лучших заводах сборка ячеек обычно выполняется на высокоавтоматизированном оборудовании, однако все еще есть много более мелких производителей, которые используют методы ручной сборки.

Первым этапом процесса сборки является сборка подузла электрода, в котором сепаратор зажат между анодом и катодом. В зависимости от типа корпуса ячейки используются две основные электродные структуры: многослойная структура для использования в призматических ячейках и спирально-навитая структура для использования в цилиндрических ячейках.

См. «Конструкция ячеек» для описания составных и намотанных ячеек.

Процесс сборки призматических и цилиндрических ячеек показан на следующей диаграмме.

• Призматические ячейки

Призматические элементы часто используются в аккумуляторных батареях большой емкости для оптимизации использования пространства. В этих конструкциях используется многослойная структура электродов, в которой анодная и катодная фольга разрезаны на отдельные электродные пластины, которые поочередно накладываются друг на друга и разделяются сепаратором. Сепаратор может быть обрезан до того же размера, что и электроды, но более вероятно, что он применяется в виде длинной полосы, намотанной зигзагообразно между чередующимися электродами в стопке.

Хотя эта конструкция корпуса позволяет оптимально использовать пространство при использовании в аккумуляторной батарее, она имеет недостаток, заключающийся в том, что в ней используются несколько электродных пластин, которым требуется зажимной механизм для соединения всех анодов вместе и с основной клеммной колодкой, а также аналогичный механизм для катоды. Все это увеличивает сложность и трудоемкость ячейки и, как следствие, увеличивает стоимость.

Некоторые призматические ячейки также изготавливаются более простым методом намотки электродов на плоскую оправку.(См. Ниже)

Уложенные друг на друга электроды также используются для производства мешочных ячеек.

• Цилиндрические элементы

  Для цилиндрических ячеек анодная и катодная фольга разрезаются на две длинные полосы, которые наматываются на цилиндрическую оправку вместе с разделителем, разделяющим их, с образованием рулона желе (швейцарский рулет в Великобритании). Таким образом, цилиндрические элементы имеют только две электродные полоски, что значительно упрощает конструкцию.
  Одиночный вывод соединяет каждый электрод с его соответствующим выводом, хотя элементы высокой мощности могут иметь несколько выводов, приваренных по краям электродной ленты для пропускания более высоких токов.

Следующим этапом является соединение конструкции электрода с выводами вместе с любыми предохранительными устройствами и установка этого узла в емкость. Затем емкость запаивается с помощью лазерной сварки или нагрева, в зависимости от материала корпуса, оставляя отверстие для впрыска электролита в емкость.

Следующим этапом является заполнение ячейки электролитом и ее герметизация. Это нужно делать в «сухом помещении», так как электролит вступает в реакцию с водой. Влага вызовет разложение электролита с выделением токсичных газов. Например, гексафторид лития (LiPF6), один из наиболее часто используемых материалов для электролитов, реагирует с водой с образованием токсичной фтористоводородной кислоты (HF).

После этого ячейке присваивается идентификация с помощью этикетки или путем печати номера партии или серийного номера на корпусе.

Формация

После завершения сборки элемента, элемент должен пройти хотя бы один точно контролируемый цикл заряда / разряда, чтобы активировать рабочие материалы, преобразовав их в пригодную для использования форму. Вместо нормальной кривой зарядки при постоянном токе и постоянном напряжении процесс зарядки начинается с низкого напряжения, которое постепенно нарастает. Это называется процессом формирования. Для большинства литиевых химикатов это включает создание SEI (твердый электролитный интерфейс) на аноде.Это пассивирующий слой, необходимый для замедления процесса зарядки при нормальном использовании.

Во время формирования данные о характеристиках ячейки, такие как емкость и импеданс, собираются и записываются для анализа качества и отслеживания. Разброс показателей производительности также указывает на то, находится ли процесс под контролем. (Остерегайтесь производителей, которые используют этот процесс для сортировки своих ячеек по различным группам производительности для продажи с альтернативными спецификациями).

Хотя это и не является основной целью формирования, процесс позволяет значительному проценту отказов клеток на раннем этапе жизни из-за производственных дефектов, так называемой «детской смертности», происходить на заводе производителя, а не на территории клиента.

Управление процессами

Строгие допуски и строгий контроль процесса важны на протяжении всего производственного процесса. Загрязнение, физическое повреждение и заусенцы на электродах особенно опасны, поскольку они могут вызвать проникновение в сепаратор, приводящее к внутренним коротким замыканиям в ячейке, и не существует методов защиты, которые могли бы предотвратить или контролировать это.

Служба поддержки

Чистота важна для предотвращения загрязнения, и элементы обычно производятся в условиях чистой комнаты с контролируемым доступом к сборочным цехам, часто через воздушный душ.

Помимо производственного испытательного оборудования, производитель батарей должен иметь лабораторию материалов, оборудованную для проведения полного анализа материалов, используемых при производстве элементов, а также для проведения анализа отказов.В следующем списке показано основное используемое оборудование.

• Растровый электронный микроскоп (СЭМ) для исследования физической структуры материалов
• Масс-спектрометр для анализа химического состава материалов
• Калориметры для проверки тепловых свойств материалов и ячеек
• Программируемое испытательное оборудование цикла заряда / разряда для проверки элементов и проверки их срока службы
• Экологические камеры и вибростолы для исследования характеристик ячеек в ожидаемых условиях эксплуатации
• Оборудование для испытаний на механическое напряжение

См. Дополнительную информацию на странице о новых конструкциях ячеек и химическом составе

Администратор Байдена стремится сделать США мировым лидером в…

Если этот дисбаланс сохраняется, U.Согласно отчету Министерства энергетики США, С. может остаться в стороне и пожинать экономические выгоды от глобального рынка литий-ионных аккумуляторов, который, как ожидается, вырастет в пять-десять раз в течение следующего десятилетия, чтобы удовлетворить потребности в электромобилях и хранении энергии в сети.

«Если вам нужен какой-либо тип независимой энергии, вы должны смотреть на поставки в нижнем, верхнем и среднем потоках», — сказала Линдси Горрилл, генеральный директор Kore Power. Американский производитель литий-ионных аккумуляторных элементов построил свой первый полномасштабный завод в Китае, но в ближайшие несколько месяцев он объявит об открытии площадки для U.S. фабрика способна производить до 12 гигаватт-часов аккумуляторных элементов в год.

Kore Power будет единственным крупным производителем аккумуляторных элементов в США, сказал он, в дополнение к совместным предприятиям по производству аккумуляторов между General Motors и LG Chem, а также Ford и SK Innovation, еще одной южнокорейской компанией.

Администрация Байдена поставила перед собой цель вывести десятки миллионов электромобилей на дороги США к концу десятилетия, а американские автопроизводители General Motors и Ford пообещали перевести почти все производство новых автомобилей на модели с батарейным питанием или с нулевым уровнем выбросов к 2035 году.

Для перехода к 2035 году электросети на энергию с нулевым выбросом углерода, как предложила администрация Байдена, также потребуются системы накопления энергии на сотни гигаватт, чтобы переместить солнечную и ветровую энергию с того момента, когда она производится, на то, когда она необходима.

«Укрепление нашей внутренней цепочки поставок ускорит наши усилия по декарбонизации экономики, помогая приводить в действие электромобили, а также увеличивать хранение и отказоустойчивость сетей», — сказал Гранхольм.

Национальная безопасность и воздействие на окружающую среду

Строительство U.Производственные мощности С. также могут защитить страну от сбоев в отраслях, критически важных для национальной безопасности. Отчет о цепочке поставок аккумуляторов сопровождался аналогичными 100-дневными обзорами, заказанными администрацией Байдена для фармацевтических препаратов, компьютерных микросхем и редких минералов.

Министерство обороны США, входящее в состав федерального консорциума батарей, разработавшее рекомендации на этой неделе, сильно заинтересовано в обеспечении внутренних поставок критически важной технологии. Американскому производителю литий-ионных аккумуляторов A123, который обанкротился и был продан китайской Wanxiang в 2012 году, было приказано продать свой оборонный и правительственный бизнес U.Компания Navitas Systems, базирующаяся в S., из-за опасений по поводу последствий для национальной безопасности передачи этих контрактов китайской компании.

Поставка минералов также играет важную роль в обеспечении литий-ионной конкурентоспособности США. Добыча и переработка лития, который идет в эти батареи, контролируется несколькими международными горнодобывающими гигантами, включая китайские Ganfeng Lithium и Tianqi Lithium, американскую Albemarle и чилийскую SQM.

Австралия лидирует по производству лития в мире, за ней следуют Чили, Китай, Аргентина и Зимбабве.Но, по словам Меган О’Коннор, генерального директора Nth Cycle, «Северная Америка может восполнить дефицит предложения за счет собственных ресурсов».

Стартап, первым инвестором которого является Министерство энергетики, занимается коммерциализацией технологии, разработанной в Гарвардском университете для извлечения металлов, включая никель, кобальт и марганец, из самых разных источников, от хвостохранилищ шахт до разряженных аккумуляторов электромобилей. В следующем году компания планирует открыть свою первую пилотную производственную линию на предприятии по переработке аккумуляторов.

Переработка может обеспечить около одной десятой запланированной U.О’Коннор сказал, что спрос на критически важные минералы. Остальные ресурсы могут предоставить еще не освоенные ресурсы, в том числе залежи лития, начиная от древних вулканических глин в Неваде, которые используются в качестве источника для батарей Тесла, и заканчивая рассолом в Калифорнийском Солтон-Си.

Но эти процессы добычи могут нанести значительный ущерб окружающей среде и нанести серьезный ущерб здоровью. Экологические группы, местные землевладельцы и близлежащие индейские племена выступают против проекта Невады, планируемого компанией Lithium Americas.

В рекомендациях Министерства энергетики по расширению внутренних поставок лития, кобальта и никеля содержится призыв ко всей новой добыче «соответствовать современным экологическим стандартам» и осуществляться в консультации с общинами и племенными нациями. В его инструкциях по повторному использованию и переработке также подчеркивается необходимость в безопасных и рентабельных методах повторного улавливания материалов, которые в противном случае могли бы превратиться в опасные отходы.

Nth Cycle используются электрические токи для извлечения различных металлов из воды, проходящей через специально разработанные фильтры.По словам О’Коннора, такой подход резко сократит потребление энергии и стоимость методов извлечения тепла, а также позволит избежать химического воздействия при использовании кислот для выщелачивания металлов из сырья.

«Многие из этих технологий не соответствуют экологическим нормам, действующим во многих штатах», — сказала она, указав на одну из основных причин, по которой операции по добыче и переработке отходов были перенесены за границу. Внедряя «технологии, которые могут значительно сократить использование химикатов, мы можем применять их в Соединенных Штатах.”

(Изображение статьи любезно предоставлено Yo-Co-Man)

Производство литий-ионных элементов в Индии — С чего начать

Союзный кабинет недавно утвердил схемы стимулирования, связанные с производством, для 10 секторов с целью расширения производственных возможностей Индии. Одним из ключевых секторов, охватываемых этой схемой, является батарея Advanced Chemistry Cell (ACC), которая была одобрена для финансирования 18 100 крор индийских рупий в течение 5-летнего периода для поддержки 50 ГВт-ч внутреннего производства ACC.В настоящее время документы схемы RFP находятся на стадии консультаций с заинтересованными сторонами.

На сегодняшний день Индия полностью зависит от импорта литий-ионных элементов. CSRamanathan — опытный консультант по аккумуляторным батареям выпустил книгу « Производство литий-ионных аккумуляторов (на основе LiFePO4) — Введение для MSME » , чтобы предоставить руководство для MSME, которые в настоящее время производят свинцово-кислотные аккумуляторы, чтобы добавить опытно-промышленный завод по производству литий-ионных аккумуляторов. В этом интервью излагается его мнение и взгляды на то, как можно преодолеть проблемы, связанные с производством ячеек.

На сегодняшний день мы не производим литий-ионные элементы в Индии. Отсутствие сырья, клеточных технологий и крупных капиталовложений приводятся как причины того же. Как Индия может преодолеть эти препятствия и начать производство литий-ионных элементов на местном уровне?

Практическое предложение — выбрать 2 катодных потока для непрерывного производства LIB (литий-ионных батарей) в Индии.Никелевый путь для высокой плотности, где занимаемая площадь и вес имеют решающее значение, как для электромобилей и второго потока фосфата лития-железа (LFP) для стационарного применения, ESS для солнечных, ветряных, инверторных, двух- и трехколесных транспортных средств и т. Д. Оборудование, необходимое для производства клетки такие же, и растение может довольно легко переключиться с одного химического состава катода на другой. Усилия должны заключаться в замене кобальта в качестве непосредственной цели. В настоящее время проводится множество исследований, чтобы полностью отказаться от использования кобальта.Примером может служить корейская компания, работающая с профессором Гуденафом (лауреатом Нобелевской премии за изобретение литий-ионной батареи) над полной заменой кобальта никелем.

Обильные источники никеля существуют в Ориссе, Джаркханд, которые в настоящее время обогащаются переработчиками руды, такими как Nicomet. Мы также обеспечили поставки другого сырья, такого как алюминий, соединения железа, фосфорная кислота и т. Д. Никель дешевле, чем кобальт, и легко доступен. LFP действительно является превосходным продуктом с точки зрения безопасности и стабильного выхода тока.

Необходимо импортировать только карбонат лития . По данным исследования ASI / DAE, в районе Мандья штата Карнатака имеется 14 000 тонн руды. Это ожидает обогащения и производства карбоната лития. Центральное правительство помогло организации Khanij Bidesh подписать отдельные меморандумы о взаимопонимании с Аргентиной и Боливией для обеспечения непрерывных поставок соединений лития. Для правильной перспективы необходимо упомянуть, что литий образует только 1.4% от веса ячейки .

Графит , используемый для анода, будет доступен. Epsilon Advanced Materials строит завод в Баллари, Карнатака, на заводе , производящий анод Graphite производительностью 60 000 т / год. Кремний, еще один анодный материал, доступен в очищенном виде.

В Индии хорошо развита химическая промышленность. Производители химикатов, фармацевтическая промышленность и нефтеперерабатывающие заводы могут производить промежуточные продукты, необходимые для производства органических растворителей.Новые химические вещества могут быть разработаны в короткие сроки исследовательскими учреждениями, такими как Национальная химическая лаборатория и Индийский институт науки. Сепаратор является запатентованным изделием, изготовленным из композитов ПП — ПЭ, и его необходимо будет импортировать в течение некоторого времени.

Технология производства LIB разработана ISRO и CECRI (в рамках CSIR) и доступна для передачи предпринимателям.

Каковы ваши причины рекомендовать химию LFP для «Сделать в Индии»?

LFP имеет наивысший рейтинг безопасности среди других катодных систем и имеет стабильную кривую разрядки.Сырье доступно и дешевле дорогих кобальта и никеля. С другой стороны, LFP имеет более низкое напряжение (3,2 В против 3,7 В NCA) и меньшую емкость Ач. Это приводит к снижению веса и занимаемой площади. Дополнительное количество ячеек необходимо для удовлетворения требований к напряжению и ампер-часам (примерно на 30% выше, чем у NCA) и поэтому вряд ли будет приемлемо для электромобилей высокого класса, в основном из-за большего веса и большего занимаемого объема. LFP подходит для грузовиков и автобусов, где допустим более высокий вес аккумулятора.Конечно, это также подходит для двухколесных и трехколесных транспортных средств . Многие электрические рикши уже оснащены батареями LFP. В стационарных приложениях , таких как инверторы, накопители солнечной и ветровой энергии, батареи LFP уже широко используются в Индии. Следовательно, я считаю, что у LFP хорошее будущее в Индии.

Как вы думаете, какую роль могут сыграть ММСП в обеспечении самостоятельности Индии в области литий-ионных аккумуляторов (учитывая, что в настоящее время мы импортируем 100% литий-ионных элементов)?

ММСП в аккумуляторном секторе Индии в настоящее время контролируют 40-50% производства свинцово-кислотных аккумуляторов.ММСП следует использовать новую технологию, предлагаемую LIB, как возможность; Помимо завода по производству свинцовых аккумуляторов, создание пилотных заводов LFP / LIB бок о бок может принести им солидный доход. Маркетинг не вызовет проблем, поскольку в настоящее время спрос превышает 450 миллионов ячеек в год (данные по импорту в 2019 году) и с годами будет расти. Существует значительный спрос на батареи, используемые в инверторах, электрических рикшах и т. Д., Где LIB вводятся вместо свинцово-кислотных.Импортные элементы также собираются для удовлетворения потребности в накоплении энергии в солнечных и ветроэнергетических установках в отдаленных районах, где за батареями нельзя периодически ухаживать. Каждый предприниматель может обслуживать нишу, например, инвертор, солнечную и ветровую энергию на рынке, который он уже обслуживает в настоящее время.

При какой мощности производство литий-ионных элементов может стать финансово жизнеспособным для бизнеса?

Это главный вопрос, на который я пытался ответить в своей книге.Минимум 500 -1000 ячеек в день будет жизнеспособным предложением . 2-4 пилотных завода по производству LIB могут обеспечить такую ​​продукцию при вложении 3-5 крор рупий. Инвестиции предлагается 3-мя траншами.

Можете ли вы предложить промышленности поэтапный подход для увеличения добавленной стоимости в цепочке поставок литий-ионных аккумуляторов?

Это единственно приемлемый способ ввиду высокой инвестиционной стоимости. Предлагаю 3 транша инвестиций с интервалом 1-2 года. Первым этапом будет импорт ячеек и их сборка в Индии. Это уже делают многие предприниматели. На данном этапе инвестиции невелики. Сварка и сборка BMS — это первый шаг. Второй этап включает в себя импорт рулонов катода, анода, сепаратора, изготовление элементов и сборку из них в батареи. . На третьем этапе можно нанести покрытие на катод и анод. Машины для нанесения покрытий, сушки добавляются на этом этапе . Общая сумма инвестиций оценивается в 3-5 крор.

Будет ли ММСП также нуждаться в обучении дополнительным компонентам BESS (аккумуляторной системы хранения энергии), таких как система терморегулирования, BMS и т. Д.?

Да. Системы BMS и BESS в основном состоят из печатных плат и электронных схем. Такие системы уже создают некоторые предприниматели. На первом этапе потребуется осведомленность и обучение операторов по сварке, а также операторов, производящих печатные платы (электроника).

На втором этапе для продольной резки и резки рулонов катода, анода, сепаратора требуется другой набор навыков оператора.Таких обученных рабочих можно получить в ITI и других центрах профессионального обучения.

Воздушное охлаждение для отвода тепла подходит для всех небольших установок. В большинстве электромобилей 10% -ный этиленгликоль циркулирует вокруг батарей, установленных на полу автомобиля. Стационарные высоковольтные установки в закрытых помещениях должны иметь соответствующую вентиляцию, чтобы поддерживать температуру батарей ниже порогового значения, чтобы предотвратить условия теплового разгона. По крайней мере, 2 уровня защиты — один на уровне ячейки — устройство прерывания тока (CID) и контроллеры положительной температуры (PTC), а другой — на уровне батареи — BMS существует.Принудительная вентиляция для стационарных систем и циркуляция охлаждающей жидкости для электромобилей для дальнейшего контроля температуры должны быть стандартными дополнениями. При работе с более высоким напряжением выше 60 В необходимы средства безопасности.

Каковы ваши перспективы в области технологий производства аккумуляторов в Индии в ближайшие несколько лет?

Поскольку мы ищем экологически чистые и возобновляемые источники энергии, только солнечная, ветровая и ядерная энергия являются практическими основными источниками энергии, которые следует рассматривать. Существует несколько электрохимических систем с разным химическим составом, но лишь некоторые из них подходят для практического использования.Те, у кого высокая плотность энергии, такие как литий-ионные, выживут. Но более высокая стоимость и соображения безопасности сдерживают еще более быстрый рост. Как свинцово-кислотные, так и литиевые батареи будут продолжать доминировать в ближайшем будущем. Никель-металлогидрид (NiMH) и аналогичные системы будут продолжены, но с гораздо меньшими масштабами производства. Литиевые элементы станут дешевле за счет более дешевых материалов, которые будут использоваться в будущем. При внедрении рециркуляции элементов и регенерации дорогостоящих химикатов может быть реализовано дальнейшее снижение затрат.Переработка отработанных батарей имеет важное значение для устойчивого роста и защиты окружающей среды.

Для электромобилей LIB будут доминирующей технологией. Будут введены новые катоды с использованием более дешевых и доступных материалов. Целями станут более высокая плотность энергии и безопасность, расширяющие пробег автомобилей на одной зарядке.

Мы можем предсказать, что клетки с более высокой плотностью энергии и более безопасным химическим составом появятся быстрее, чем мы думаем, учитывая высокие темпы исследований, проводимых во всем мире.В глобальном сценарии многие правительства поддерживают научные проекты, связанные с исследованиями в области энергетики. Замена литий-железного фосфата на литий-железо-пирофосфат (Li₂FeP₂O₇) может повысить напряжение до 3,8–4 VPC, равного NCA. Когда он будет разработан, это может изменить правила игры. Более подробную информацию можно найти в моей книге.

Об авторе — К.С. Раманатан — консультант по батареям, имеет степень магистра; D.I.I.Sc. степени Индийского института науки.Ранее он был руководителем отдела исследований и разработок в AMCO Batteries Ltd и консультировал многих производителей аккумуляторов в Индии и за рубежом. Его последняя книга « Производство литий-ионных аккумуляторов (на основе LiFePO4) — Введение для MSME » содержит необходимые технологические ресурсы для производства литий-ионных аккумуляторов — производство химикатов для катодов и анодов, химикаты для нанесения покрытий и процедуры, выбор правильные электролиты и окончательная сборка и тестирование. С любыми вопросами о книгах можно связаться с г-ном Раманатаном по этим координатам — ramanathancs58 @ gmail.com; 9845049975.

Подпишитесь и будьте в курсе

Подпишитесь сегодня бесплатно и будьте в курсе последних событий в области электромобилей.

И не волнуйтесь, мы тоже ненавидим спам!

Удваивающие запас хода литий-металлические батареи, «собирающие самих себя» по литий-ионному методу производства

Литий-металлические батареи, способные удвоить емкость современных стандартных литий-ионных элементов, могут быть построены с использованием большей части нынешних литий-ионных аккумуляторов. по данным исследователей из Мичиганского университета.Их выводы, являющиеся частью проекта, поддерживаемого Министерством энергетики США, устраняют серьезное препятствие для автопроизводителей, стремящихся к следующему значительному этапу эволюции технологии накопления энергии для электромобилей (электромобилей).

В настоящее время химия литий-ионных элементов, используемая в качестве источника питания для электромобилей, приближается к своему пику с точки зрения удельной энергии. Также по-прежнему возникают проблемы, связанные с возгоранием на борту. «Безанодные» литий-металлические батареи могут стать следующим шагом вперед в аккумуляторных технологиях для электромобилей, которые все чаще заменяют на дорогах легковые и грузовые автомобили с двигателем внутреннего сгорания.А новая технология производства представляет собой потенциальную экономию для автопроизводителей.

Группа исследователей во главе с Джеффом Сакамото, доцентом кафедры машиностроения Университета штата Мичиган, ранее продемонстрировала, что батареи, изготовленные с литий-металлическими анодами, могут безопасно удвоить выходную мощность литий-ионных элементов аналогичного размера, в которых используются графитовые аноды. Для этого команда использовала Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ — твердотельный электролит, известный как LLZO, который заменяет жидкие электролиты в коммерческих батареях.

Но металлический литий является реактивным и слабым веществом, что делает его чрезвычайно трудным в обращении и интеграции в батареи, особенно при использовании современного производственного оборудования. Команда U-M нашла обходной путь, который, по сути, позволяет батарее «строить саму себя». Их подход использует литий, уже содержащийся в обычных катодных материалах. Когда аккумулятор заряжается в первый раз, ионы лития на катодной стороне элемента извлекаются и перемещаются на анодную сторону элемента, эффективно синтезируя литий-металлический анод.

«Поскольку мы можем использовать электрохимию, чтобы заставить батарею« строить »собственный литий-металлический анод, мы можем полностью исключить этот этап производственного процесса. Таким образом, мы можем производить батареи, изначально «безанодные», — сказал Сакамото.

В 1980-х перезаряжаемые литий-металлические батареи, в которых использовались жидкие электролиты, считались следующей большой вещью, проникшей на рынок первых портативных телефонов.Но их склонность к возгоранию при зарядке увела инженеров в разные стороны. Атомы лития, перемещающиеся между электродами, имели тенденцию образовывать древовидные нити, называемые дендритами, на поверхности электродов, в конечном итоге закорачивая аккумулятор и воспламеняя горючий электролит. Литий-ионная батарея — более стабильная, но менее энергоемкая технология — была представлена ​​в 1991 году и быстро стала новым стандартом.

За счет исключения одного ключевого ингредиента из трехкомпонентной формулы литий-ионного сплава — анода — метод производства U-M предлагает потенциальное снижение производственных затрат.А тот факт, что процесс может быть завершен с использованием текущего производства литий-ионных аккумуляторов, означает, что производители электромобилей могут адаптировать технологию U-M без необходимости полностью переоснащать свое оборудование.

«В литий-ионные батареи уже вложено много капиталовложений», — сказал Сакамото. «Итак, если бы кто-то подумал о замене существующей литий-ионной батареи на батарею нового типа, это потребовало бы совершенно другого подхода к производству, и для этого потребовалось бы гораздо больше инвестиций.

«Попытки заменить существующие аккумуляторные технологии требуют значительных улучшений в производительности, безопасности и стоимости — тривиальная задача», — добавил он. «В этом исследовании мы сосредоточились на снижении стоимости за счет упрощения процесса производства батарей с использованием анода Святого Грааля — литий-металлического. Мы надеемся, что результат этой работы позволит существенно снизить стоимость аккумуляторных батарей для достижения паритета стоимости электромобилей с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания. Когда это произойдет, мы надеемся, что повсеместное внедрение электромобилей станет неизбежным.”

Потенциальная экономия средств, обеспечиваемая технологией U-M, может также распространиться на потребителей и правительства. Одним из основных препятствий на пути к более широкому внедрению электромобилей является недостаточное количество зарядных станций в США. Районы без больших объемов автомобильного движения вряд ли предложат столько вариантов зарядки, что сделает их менее удобными для электромобилей и приведет к тому, что индустрия называет это «беспокойством по поводу дальности».

По мнению Сакамото, удвоив запас хода электромобиля без подзарядки, аккумуляторная технология U-M может уменьшить беспокойство за счет сокращения количества необходимых зарядных станций.

Эта статья была написана Джеймсом Линчем, писателем Research News и Feature в Michigan Engineering, , опубликованной Мичиганским университетом, Анн-Арбор. Связаться с г-ном Линчем в Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Battery Technology Magazine

Эта статья впервые появилась в выпуске журнала Battery Technology за май 2021 года.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архивов читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Первый австралийский завод по производству литий-ионных аккумуляторов привлекает дополнительное финансирование — pv magazine International

Первый австралийский производитель литий-ионных аккумуляторов Energy Renaissance получил грант на создание своего пилотного производственного предприятия в регионе Хантер.