В чем разница между твердотельными и проточными батареями?
1. Различия в технологическом процессе между твердотельными батареями и традиционными жидкостными батареями
Твердотельные батареи используют твердые электролиты для замены электролита и сепаратора традиционных жидких батарей. Традиционные жидкие литиевые батареи состоят из четырех основных элементов: положительный электрод, отрицательный электрод,
электролит аккумулятора
и
разделитель
. Твердотельные батареи используют твердые электролиты для замены электролита и
разделитель
в традиционных жидкостных аккумуляторах.
Поскольку полностью твердотельные батареи используют новую материальную систему и структуру батареи, существующий традиционный процесс производства литиевых батарей и оборудование не могут достичь своего промышленного производства и изготовления, и требуются соответствующие инновации и усовершенствования. В настоящее время полностью твердотельные батареи еще не производятся массово, поэтому процесс производства не был завершен, а процесс производства и процесс производства различных типов твердотельных батарей будут отличаться в зависимости от конструкции и применения батареи. Но несомненно, что существуют значительные различия между процессом производства полностью твердотельных батарей и существующим традиционным процессом производства жидких батарей. Это в основном отражается в следующих аспектах:
1.1 Ссылка на передовую линию производства электродных листов
-
Традиционные литиевые батареи: с использованием технологии влажной суспензии и покрытия активный материал, проводящий агент и связующее вещество смешиваются в суспензию, а затем наносятся на токосъемник, после чего производятся сушка и прокатка.
-
Твердотельная батарея: Внедрение технологии сухого электрода, исключение использования растворителей и прямая подготовка электродных листов с помощью процессов сухой суспензии и покрытия. Кроме того, электролитная мембрана должна быть покрыта и прокатана для формирования твердого слоя электролита.
1.2 Ссылка на сборку элементов аккумуляторной батареи среднего уровня
-
Традиционная литиевая батарея: с помощью процесса намотки или ламинирования положительные и отрицательные электродные листы и диафрагмы сматываются в элементы батареи, а затем в них впрыскивается электролит и упаковывается.
-
Твердотельная батарея: используется процесс ламинирования в сочетании с печатью клеевой рамки электродного листа и технологией изостатического прессования для обеспечения тесного контакта между твердым электролитом и электродом. Поскольку полностью твердотельные батареи не требуют электролитов, процесс впрыска опускается.
1.3 Постэтапное формирование и звено упаковки
-
Традиционная литиевая батарея: После упаковки батарея активируется методом формования под низким давлением.
-
Твердотельный аккумулятор: Из-за высоких требований к ионной проводимости твердых электролитов процесс формирования, как правило, осуществляется под высоким давлением для оптимизации производительности аккумулятора.
В целом, основные различия между основным процессом производства твердотельных аккумуляторов и традиционных жидколитиевых аккумуляторов заключаются в следующем:
-
В процессе производства твердого электролита и электродных листов на начальной стадии производства твердотельные батареи больше подходят для технологии сухих электродов, а для подготовки твердоэлектролитной мембраны добавляются сухое смешивание и сухое покрытие;
-
На среднем этапе процесса сборки аккумуляторных элементов твердотельные батареи используют технологию «штабелирования + печати клеевой рамы электродного листа + изостатического прессования» для замены традиционного процесса намотки и исключения процесса инжекции;
-
В процессе формирования и упаковки на конечном этапе происходит переход от химического состава к высоковольтному химическому составу.
2. Процесс производства твердотельных аккумуляторов
2.1 Технология сухих электродов больше подходит для твердотельных аккумуляторов.
Самым большим преимуществом технологии сухих электродов является то, что она может увеличить плотность уплотнения электродов, тем самым увеличивая плотность энергии батареи. Технология сухих электродов представляет собой новый тип процесса производства электродов, и ее самым большим преимуществом является то, что она может увеличить плотность уплотнения электродов. В настоящее время литиевые батареи в основном используют традиционную технологию производства мокрых электродов. В процессе производства мокрых электродов растворители необходимы для смешивания активных материалов, проводящих агентов и связующих веществ, а затем покрытия ими токосъемника, а затем сушки, восстановления растворителей NMP и прокатки их. Технология сухих электродов напрямую смешивает материалы электродов в сухой порошок и механически прессует их на токосъемнике, чтобы сформировать электродный лист. Этот метод может увеличить плотность уплотнения электрода. Для твердотельных батарей более высокая плотность уплотнения означает, что больше положительных и отрицательных материалов электродов можно разместить в том же объеме, тем самым увеличивая плотность энергии батареи.
Технология сухих электродов больше подходит для батарей с высокой плотностью энергии, таких как твердотельные батареи. Концепция технологии сухих электродов аналогична концепции твердотельных батарей. В полностью твердотельных батареях сульфидные электролиты чувствительны к органическим растворителям, а металлический литий легко реагирует с растворителями, вызывая расширение. Традиционная система PVDF-NMP имеет ограниченную прочность связи, в то время как двумерная сетевая структура, состоящая из фибрилляции PTFE (политетрафторэтилена) в сухом электроде, может сдерживать объемное расширение частиц активного материала и предотвращать их падение с поверхности токосъемника.
Кроме того, при использовании процесса сухого электрода процесс изготовления электродных листов твердотельных батарей может быть полностью высушен, что устраняет проблему остаточных молекул растворителя после сушки в мокром процессе. Поэтому технология сухого электрода больше подходит для производства твердотельных батарей.
Технология сухих электродов упрощает процесс и повышает эффективность, имеет ценовые преимущества и способствует продвижению коммерциализации твердотельных батарей. Процесс сухих электродов может упростить процесс производства, снизить затраты и повысить эффективность производства. Производство сухих электродных листов не требует растворителя NMP, а связи сушки и восстановления растворителя могут быть сокращены в процессе производства электродных листов. Процесс производства электродов интегрирован, и смешивание, пульпирование, покрытие, сушка, прокатка и другие процессы, требуемые мокрым процессом, интегрированы. Технологический процесс проще, а оборудование занимает меньшую площадь. Согласно прогнозу Nanoconol, массовое производство сухих электродов может снизить стоимость батарей более чем на 10%. Кроме того, упрощенная технология сухих электродов подходит для крупномасштабного производства электродных листов батарей. Поэтому технология сухих электродов считается одной из важных технологий для продвижения коммерциализации твердотельных батарей.
Основная сложность технологии сухих электродов в настоящее время: Согласно Nanoconol, основная сложность технологии сухих электродов в настоящее время заключается в однородности смешанного порошка электродного материала и последовательности формирования пленки. В области оборудования сухой процесс имеет более высокие требования к точности, однородности и плотности уплотнения прокатки.
2.2 Соединение элементов аккумуляторной батареи средней секции: применяется «технология штабелирования + печати клеевой рамы электродного листа + изостатического прессования»
①
Машина для укладки электродов
: Твердотельные батареи не подходят для намоточного оборудования и требуют использования штабелирующих машин, а также более высоких требований к точности.
Как твердотельные, так и жидкие батареи нуждаются в использовании штабелирующих машин, но поскольку твердый электролит твердотельных батарей имеет хрупкие характеристики и более высокие требования к точности и стабильности оборудования, он требует больше процессов штабелирования. Поэтому спрос на штабелирующие машины, необходимые для производства твердотельных батарей, также будет расти.
② Технология ламинирования клеевой рамы листов электродов твердотельных аккумуляторов: улучшает посадку листов электродов твердотельных аккумуляторов и предотвращает проблемы внутреннего короткого замыкания.
Существующий процесс производства твердотельных аккумуляторов все еще незрелый и имеет некоторые недостатки. Когда рулон электродных листов компаундируется с другими электродными листами после процесса резки для изготовления твердотельных аккумуляторных элементов, трудно гарантировать, что соседние электродные листы имеют высокую посадку, что приводит к снижению качества твердотельных аккумуляторных элементов. Согласно патентной технологии, раскрытой Liyuanheng, она предлагает метод ламинирования клеевой рамы электродных листов твердотельных аккумуляторных элементов, устройство и штабелирующее оборудование, которые могут улучшить посадку между соседними электродными листами в твердотельных аккумуляторных элементах и обеспечить качество твердотельных аккумуляторных элементов.
③ Изостатический пресс является одним из основных видов дополнительного оборудования: технология изостатического прессования используется для улучшения проблемы контакта твердого тела с твердым телом в твердотельных аккумуляторах.
Производство твердотельных аккумуляторов обычно заключается в том, чтобы сложить вместе положительный электрод, твердый электролит и отрицательный электрод. Учитывая, что твердый электролит должен образовывать хороший твердый-твердый интерфейсный контакт с электродом, потеря контакта будет происходить во время цикла, а образование литиевых дендритов должно быть подавлено и т. д., требуется новое прессовое оборудование во время укладки, и применяется давление более 100 МПа, чтобы сделать материалы плотно уложенными. Традиционные решения горячего прессования и роликового прессования обеспечивают ограниченное давление и неравномерное давление, что затрудняет обеспечение требований последовательности плотной укладки, тем самым влияя на производительность твердотельных аккумуляторов.
Технология изостатического прессования основана на принципе Паскаля. Такие материалы, как металлы, керамика, композитные материалы и полимеры, могут быть уплотнены, а поры могут быть устранены. Для твердотельных аккумуляторов технология изостатического прессования может эффективно устранить зазоры внутри аккумуляторной ячейки, гарантировать, что материал электролита достигает идеальной степени уплотнения, и улучшить контактный эффект между интерфейсами компонентов в аккумуляторной ячейке, тем самым значительно улучшая ионную проводимость более чем на 30%, уменьшая внутреннее сопротивление батареи более чем на 20% и увеличивая срок службы цикла на 40%, значительно улучшая производительность батареи. Оборудование, необходимое для изостатического прессования, — это изостатический пресс.
Проблемы, с которыми в настоящее время сталкивается технология изостатического прессования в области производства твердотельных батарей: Технология изостатического прессования сама по себе является зрелой технологией и широко используется в керамике, порошковой металлургии и других областях. Однако ее применение в области твердотельных батарей все еще находится на стадии исследования и разработки, а техническая зрелость относительно низкая. В настоящее время продвижение технологии изостатического прессования в области твердотельных батарей все еще сталкивается с такими проблемами, как выбор подходящей комбинации температуры и давления прессования, как контролировать поверхность уплотнения и как повысить эффективность производства и выход.
3. Постстадийное формирование и соединение упаковки: новое высоковольтное формовочное оборудование
Требуемое давление формования обычных литиевых батарей составляет 3–10 тонн, в то время как требуемое давление формования твердотельных батарей увеличивается до 60–80 тонн. Основная причина, по которой твердотельные батареи требуют высоковольтного формования, заключается в их уникальных характеристиках твердо-твердого интерфейса и механизме ионной проводимости, который принципиально отличается от процесса формования традиционных жидких батарей.
① Решить проблему контакта интерфейса твердое тело-твердое тело: Твердый электролит и электрод находятся в жестком контакте с микроскопическими зазорами и плохим контактом. Высокое давление (обычно 60-100 МПа) должно быть приложено для устранения зазоров интерфейса и увеличения эффективной площади контакта; способствовать физическому/химическому соединению твердого электролита и электрода.
② Активация канала ионной проводимости: Твердый электролит имеет низкую ионную проводимость, и для того, чтобы заставить ионы лития проникнуть через барьер интерфейса твердое тело-твердое тело, сформировать сеть ионной проводимости на интерфейсе и уменьшить сопротивление интерфейса, требуется образование высокого напряжения.
Эйси Новая Энергия
специализируется на исследовании и производстве высококлассного оборудования для литий-ионных аккумуляторов. Мы можем не только предоставить полный комплект оборудования для лабораторных исследований и разработок цилиндрических, плоских и карманных литий-ионных аккумуляторов, но и предоставить комплексные решения для
Линия по производству литий-ионных аккумуляторов
. Если вы новичок в отрасли литий-ионных аккумуляторов и хотите построить собственную линию по производству литий-ионных аккумуляторов или линию по сборке литий-ионных аккумуляторов, мы можем предоставить вам профессиональную техническую поддержку и руководство. Пожалуйста, свяжитесь с нами!
