I processen med at fremskynde den globale overgang til ren energi bliver vigtigheden af energilagringssystemer som et vigtigt led i afbalancering af energiforsyning og efterspørgsel og forbedring af kraftstabiliteten stadig mere fremtrædende. Lithiumbatterier med deres fordele ved høj energitæthed, lang cykluslevetid og lav selvudladningshastighed er blevet mainstream -teknologien inden for energilagring. Med den kontinuerlige innovation af materialevidenskab og fremstillingsprocesser fortsætter de med at opnå præstations gennembrud og injicerer stærk drivkraft i udviklingen af energilagringsindustrien.
1 Materiel innovation driver forbedring af ydelsen
(1) Transformationen af positive elektrodematerialer udvider den øvre grænse for energitæthed
Tidlig energilagre Lithium -batterier anvendte ofte lithiumjernphosphat (LFP) som det positive elektrodemateriale, der har høj sikkerhed og lang cyklus levetid, men dens energitæthed er relativt lav, hvilket begrænser den samlede kapacitet i energilagringssystemet. I de senere år er der opstået høje nikkel -ternære materialer, såsom NCM811 og NCA, hvilket forbedrer energitætheden af batterier med højere nikkelindhold og når 200-300 wh\/kg, hvilket er omtrent 50-100% højere end traditionelle lithiumjernphosfatmateriale. Imidlertid udgør høje nikkel -ternære materialer udfordringer med hensyn til sikkerhed og termisk stabilitet. Med henblik herpå har forskere effektivt forbedret den strukturelle stabilitet og forbedret sikkerhed af materialer gennem overfladebelægning, elementdoping og andre modifikationsbehandlinger. For eksempel kan belægning af overfladen af NCM811-materiale med et lag aluminiumoxid (Al ₂ O3) undertrykke den strukturelle faseovergang af materialet under opladning og udledning, reducere risikoen for termisk løb og forbedre batteriets sikkerhed og cykling af batteriet i batteriets høje temperatur.
På samme tid kombinerer lithiummangan -jernphosphat (LMFP) materiale som et voksende positivt elektrodemateriale sikkerheden ved lithiumjernphosphat med lithiummanganens højspændingsegenskaber. Den teoretiske energitæthed kan overstige 200Wh\/kg, og den forventes at forbedre energitætheden, samtidig med at omkostningsfordelen og sikkerheden af lithiumjernphosphat bliver en vigtig udviklingsretning for positive elektrodematerialer i fremtidige energilagring af lithiumbatterier.
(2) Opgradering af negative elektrodematerialer for at optimere den omfattende ydelse af batterier
Traditionelle grafit -negative elektrodematerialer er vidt brugt i lithiumbatterier på grund af deres rigelige reserver, lave omkostninger og lavt lithiumindsættelsespotentiale. Imidlertid er dens teoretiske specifikke kapacitet kun 372mAh\/g, hvilket er vanskeligt at imødekomme den yderligere efterspørgsel efter høj energitæthed i energilagringssystemer. Siliciumbaserede materialer, som en ny generation af negative elektrodematerialer, har en teoretisk specifik kapacitet på op til 4200mAh\/g, som er mere end 10 gange grafit og er blevet en forskningshotspot. Imidlertid gennemgår siliciumbaserede materialer betydelig volumenudvidelse (op til 300% -400%) under opladnings- og afladningsprocessen, hvilket fører til materiale pulverisering og elektrodestrukturskade og derved påvirker batteriets cyklus levetid. For at løse dette problem har forskere forberedt siliciumcarbonkompositmaterialer ved ensartet spredning af nano -siliciumpartikler i en carbonmatrix ved hjælp af kulstofmaterialers fleksibilitet til at buffe volumenændringen af silicium og øge materialets ledningsevne. F.eks. Kan siliciumcarbonkomposit -negativt elektrodemateriale fremstillet ved kemisk dampaflejringsmetode opnå en cyklusliv på over 1000 gange, samtidig med at den sikrer høj specifik kapacitet, hvilket forbedrer batteriets samlede ydelse. Derudover er lithiumtitanat (LTO) negativt elektrodemateriale blevet brugt i vid udstrækning i energilagringsscenarier med ekstremt høje krav til sikkerhed og cyklusliv på grund af dets fremragende sikkerhedsydelse, hurtig opladning og udledning af ydeevne og ultra lang cyklusliv (op til 10000 gange eller mere). Imidlertid er dens energitæthed relativt lav, ca. 120-180 wh\/kg, hvilket begrænser dens store forfremmelse. Yderligere indsats er nødvendige for at forbedre dens ydeevne gennem materialestrukturoptimering og andre måder.
2 Optimering af fremstillingsprocesser for at forbedre batteriets kvalitet
(1) Forbedring af elektrodeforberedelsesprocessen forbedrer batterikonsistensen
Elektrodeforberedelse er et afgørende trin i produktionen af lithiumbatterier, og dets teknologiske niveau påvirker direkte konsistensen af batteriets ydeevne. Den traditionelle elektrodebelægningsproces har problemer såsom ujævn belægningstykkelse og inkonsekvent partikelfordeling, hvilket resulterer i forskellige reaktionshastigheder i forskellige dele af batteriet under opladning og afladning, hvilket påvirker batteriets samlede ydelse og levetid. I de senere år, med udviklingen af højpræcisionsbelægningsprocesser, såsom spaltebelægning og overførselsbelægning, kan præcis kontrol af elektrodebelægningstykkelse opnås med afvigelser kontrolleret inden for ± 2 μ m, hvilket effektivt forbedrer ensartethed og konsistens af elektrodebelægninger. På samme tid vedtages avanceret rulleteknologi til nøjagtigt kontrolparametre, såsom rullende tryk og hastighed, som kan arrangere elektrodematerialepartikler tæt, forbedre elektrodekomprimeringstætheden og derved forbedre batteriets energitæthed. F.eks. Forøgede brugen af spaltebelægning og højpræcision-rullepresningsteknologi, at batteriet var mindre end 1%, hvilket forbedrede stabiliteten og kapacitetskonsistensen af den samme batch af batterier var mindre end 1%, hvilket forbedrede en storstilet energilagring af en storstilet energilagring.
(2) Batterisamling og emballageteknologi sikrer batterisikkerhed
Batterisamlingen og emballageprocessen er afgørende for at sikre lithiumbatteriers sikkerhed og levetid. I processen med batterisamling introduceres automatisk lasersvejsningsteknologi. Sammenlignet med traditionel modstandssvejsning har laser svejsning fordelene ved smal svejsesøm, lille varme påvirket zone og høj svejsestyrke. Det kan opnå forbindelse af høj kvalitet mellem batteriterminaler og busbar, reducere kontaktmodstand, reducere opvarmningsfænomenet batterier under opladning og afladning og forbedre batterisikkerheden. I emballageprocessen bruges høje barriereematerialer og avancerede tætningsteknikker, såsom aluminiumsplastisk kompositfilmemballage-teknologi, til effektivt at forhindre eksterne urenheder såsom fugt og ilt fra at komme ind i batteriet, undgå korrosion, hævelse og andre problemer og forlænge batteriets levetid. Derudover integrerer nogle avancerede energilagre-lithiumbatterier også temperatur, tryk og andre sensorer inde i pakken for at overvåge batteriets interne status i realtid. Når der forekommer abnormiteter, kan der træffes beskyttelsesforanstaltninger rettidigt for at forbedre batterisikkerheden yderligere.
3 Intelligent opgradering af batteristyringssystem
(1) Præcis overvågning og kontrol forbedrer batteriets ydelse
Batteristyringssystemet (BMS), som "hjernen" af lithiumbatterier, spiller en afgørende rolle i energilagringssystemer. Den nye generation BMS vedtager sensorer med høj præcision og avancerede algoritmer, som kan overvåge nøgleparametre såsom batterispænding, strøm, temperatur, tilstand af ladning (SOC) og sundhedstilstand (SOH) i realtid og nøjagtigt. For eksempel ved at bruge Kalman -filtreringsalgoritmen til at behandle batterispænding og aktuelle data, kan nøjagtigheden af SOC -estimering forbedres til inden for ± 3%, hvilket giver nøjagtigt grundlag for batteriopladning og udledningskontrol. På samme tid administrerer BMS intelligent opladning og afladning af batterier baseret på overvågningsdata, dynamisk justering af opladningsstrømmen og spænding for at undgå overopladning og overdischarging, hvilket effektivt forlænger battericykluslivet. I en stor energilagringsstyrke har vedtagelsen af intelligent BMS udvidet cykluslivet for lithiumbatterier med 20% {{4}%, hvilket reducerer drifts- og vedligeholdelsesomkostningerne for energilagringssystemet.
(2) Pålidelighedsforbedringssystem til fejldiagnose og tidlig advarsel
Intelligent BMS har kraftig fejldiagnose og advarselsfunktioner. Gennem en dybdegående analyse af batteridata kan potentielle fejlfarer ved batteriet påvises rettidigt, og advarsler kan udstedes på forhånd. For eksempel ved hjælp af maskinlæringsalgoritmer til at lære og træne historiske batteridata, kan der etableres en batterifejlforudsigelsesmodel. Når batteriet oplever abnormiteter, kan modellen hurtigt bestemme typen og sværhedsgraden af fejlen, give nøjagtige fejldiagnoseoplysninger til drift og vedligeholdelsespersonale, lette rettidige vedligeholdelsesforanstaltninger og undgå udvidelsen af fejlen. Derudover kan BMS også udveksle data med overvågningsplatformen for energilagringssystemet, uploade realtidsbatteristatusoplysninger til skyen, og drifts- og vedligeholdelsespersonale kan se batterioperationsstatus når som helst og hvor som helst gennem mobile apps eller computerterminaler, opnå fjernovervågning og styring og forbedre pålideligheden og driften og vedligeholdelseseffektiviteten af energilagringssystemet.