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  • 优化锂离子电池的5个关键方法

    目前的锂离子电池采用石墨作为负极材料,液态电解质以及正极材料如NMC和LFP。这些电池已经接近其性能极限,但是仍然存在一些途径可以进一步提升性能并降低成本。

    从石墨转向硅

    硅负极作为一种替代选择,具有显著提高能量密度和性能的潜力。近年来硅负极技术有了重大突破,使得电池可以在负极中使用更高比例的硅,从5%增加到了5-100%。

    硅负极市场正在不断成熟,高级硅负极材料在各种应用中的采用变得越来越可能。据IDTechEx预测,硅负极材料的采用将大幅增长,尽管石墨预计仍将保持主导地位,直至2030年代。

    正极合成的新方法

    未来的锂离子电池可能会继续使用商业可用的阴极材料,但在正极材料的改进方面可能会有一些变化。

    富锂锰基正极可能会提供适度的能量密度增加,但商业化进展受到限制。正极材料的改进通常是渐进的,而正极技术和创新的最大变革可能源于合成方法的改进。

    一些公司如Nano One Materials和6K Energy致力于商业化新的正极材料合成方法。Nano One Materials采用基于溶液的“一锅法”来生产涂层正极材料,与正极制造商Pulead和巴斯夫合作开发。

    6K Energy利用微波等离子反应器来生产正极材料,并且能够合成硅负极和固体电解质材料。这些公司致力于提供精简的生产工艺,以提高产能、降低成本,并减少环境影响。通过改进正极材料的合成方法,这些创新公司有望推动正极技术和性能的进一步发展。

    固态电解质和新电解质配方

    固态电解质备受关注,可以提高电池的安全性。液态电解质系统可以通过添加剂和配方改进。

    New Dominion Enterprises正在研发基于磷氮化合物的电解质添加剂和溶剂,以提高液态电解质系统的安全性和性能。但是,许多电动汽车制造商仍将固态电池视为目标,因为它可以显著提高电池的安全性并提供更高的能量密度。

    固态电池市场预计在未来几年将增长到80多亿美元。然而,固态电解质系统仍面临一些挑战,如稳定性、循环寿命、可制造性和安全性。因此,不同电解质系统之间的竞争将继续存在。

    空间高效的电池组

    电池单体组装设计是一种电动汽车电池组设计的关键途径,可以提高能量密度和包装效率。

    比亚迪和CATL等汽车和电池制造商都宣布采用了这种设计,可以提高体积利用率并改善电池在车辆中的集成。

    这种设计有助于提高能量密度,缓解了便宜的LFP电池的主要缺点,提供了制造更便宜、续航里程更长的电池的途径。然而,这种设计可能会降低可维修性,限制了其在商用车辆中的使用。

    更智能的电池管理系统

    电池管理系统(BMS)的改进可以在不需要进行材料开发的情况下改善电池性能。Qnovo等公司强调他们的BMS软件和分析可以提高安全性、循环寿命、充电时间和电池可用容量。

    通过使用电池使用数据和阻抗测量,他们可以制定电池的物理模型,并优化操作和充电协议。改进的BMS对智能手机、电动工具等终端应用也非常有价值。

    OnePlus等公司通过更智能的充电算法和高效的热管理实现了快速充电和更长的寿命。虽然电池的发展涉及多个性能特征的权衡,但BMS的改进可以为所有这些特征提供改进。

    总的来说,有许多途径可以改善电池性能和降低成本,而这些途径的组合将推动锂离子电池性能的稳步提升。

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