Nel processo di accelerazione della transizione globale verso l'energia pulita, l'importanza dei sistemi di accumulo di energia come collegamento chiave nel bilanciamento dell'applicazione e della domanda di energia e il miglioramento della stabilità dell'energia sta diventando sempre più importante. Le batterie al litio, con i loro vantaggi di alta densità di energia, lunga durata del ciclo e bassa velocità di auto -scarico, sono diventate la tecnologia tradizionale nel campo dello stoccaggio di energia. Con la continua innovazione delle scienze dei materiali e dei processi di produzione, continuano a ottenere scoperte di performance e iniettano un forte impulso nello sviluppo del settore dello stoccaggio energetico.
1 Innovazione materiale guida il miglioramento delle prestazioni
(1) La trasformazione di materiali elettrodi positivi espande il limite superiore della densità di energia
Le batterie al litio di accumulo di energia precoce utilizzavano spesso fosfato di ferro al litio (LFP) come materiale dell'elettrodo positivo, che ha un'elevata sicurezza e una lunga durata del ciclo, ma la sua densità di energia è relativamente bassa, limitando la capacità complessiva del sistema di accumulo di energia. Negli ultimi anni sono emersi materiali ternari ad alto nichel come NCM811 e NCA, migliorando significativamente la densità di energia delle batterie con un contenuto di nichel più elevato, raggiungendo 200-300 WH\/kg, che è circa 50-100% superiore rispetto ai tradizionali materiali del fosfato di ferro litio. Tuttavia, i materiali ternari nichel elevati pongono sfide in termini di sicurezza e stabilità termica. A tal fine, i ricercatori hanno effettivamente migliorato la stabilità strutturale e la maggiore sicurezza dei materiali attraverso il rivestimento superficiale, il doping degli elementi e altri trattamenti di modifica. Ad esempio, il rivestimento della superficie del materiale NCM811 con uno strato di ossido di alluminio (Al ₂ O3) può sopprimere la transizione della fase strutturale del materiale durante la ricarica e lo scarico, ridurre il rischio di fuga termica e migliorare le prestazioni di sicurezza e ciclismo della batteria in ambienti ad alta temperatura.
Allo stesso tempo, il materiale di fosfato di ferro da manganese al litio (LMFP), come materiale di elettrodo positivo emergente, combina la sicurezza del fosfato di ferro al litio con le caratteristiche ad alta tensione dell'ossido di manganese al litio. La densità di energia teorica può superare i 200W\/kg e si prevede che migliora la densità di energia mantenendo il vantaggio in termini di costi e la sicurezza del fosfato di ferro al litio, diventando un'importante direzione di sviluppo per i materiali di elettrodo positivi nelle future batterie al litio di accumulo di energia.
(2) Aggiornamento dei materiali elettrodi negativi per ottimizzare le prestazioni complete delle batterie
I materiali tradizionali di elettrodi negativi di grafite sono ampiamente utilizzati nelle batterie al litio a causa delle loro abbondanti riserve, a basso costo e basso potenziale di inserimento del litio. Tuttavia, la sua capacità specifica teorica è di soli 372 mAh\/g, il che è difficile soddisfare l'ulteriore domanda di alta densità di energia nei sistemi di accumulo di energia. I materiali a base di silicio, come nuova generazione di materiali elettrodi negativi, hanno una capacità specifica teorica fino a 4200 mAh\/g, che è più di 10 volte quella della grafite ed è diventato un hotspot di ricerca. Tuttavia, i materiali a base di silicio subiscono una significativa espansione del volume (fino al 300% -400%) durante il processo di ricarica e scarica, portando a polverizzazione dei materiali e danni alla struttura degli elettrodi, influenzando così la durata del ciclo della batteria. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno preparato materiali compositi di carbonio al silicio disperdendo uniformemente le particelle di silicio nano in una matrice di carbonio, utilizzando la flessibilità dei materiali di carbonio per tamponare la variazione di volume del silicio e migliorare la conduttività del materiale. Ad esempio, il materiale elettrodo negativo composito in carbonio al silicio preparato dal metodo di deposizione di vapore chimico può ottenere una durata del ciclo di oltre 1000 volte garantendo al contempo un'elevata capacità specifica, migliorando significativamente le prestazioni complessive della batteria. Inoltre, il materiale dell'elettrodo negativo di Lithium Titanate (LTO) è stato ampiamente utilizzato negli scenari di accumulo di energia con requisiti estremamente elevati per la sicurezza e la durata del ciclo a causa delle sue eccellenti prestazioni di sicurezza, ricarica rapida e prestazioni di scarico e durata del ciclo ultra lungo (fino a 10000 volte o più). Tuttavia, la sua densità di energia è relativamente bassa, circa 120-180 wh\/kg, che limita la sua promozione su larga scala. Sono necessari ulteriori sforzi per migliorare le sue prestazioni attraverso l'ottimizzazione della struttura dei materiali e altri mezzi.
2 Ottimizzazione dei processi di produzione per migliorare la qualità della batteria
(1) Il miglioramento del processo di preparazione degli elettrodi migliora la coerenza della batteria
La preparazione dell'elettrodo è un passo cruciale nella produzione di batterie al litio e il suo livello tecnologico influisce direttamente sulla coerenza delle prestazioni della batteria. Il tradizionale processo di rivestimento dell'elettrodo presenta problemi come lo spessore del rivestimento irregolare e la distribuzione incoerente delle particelle, che si traducono in diverse velocità di reazione in varie parti della batteria durante la ricarica e lo scarico, influenzando le prestazioni complessive e la durata della batteria. Negli ultimi anni, con lo sviluppo di processi di rivestimento ad alta precisione come il rivestimento a fessura e il rivestimento di trasferimento, è possibile ottenere un controllo preciso dello spessore del rivestimento degli elettrodi, con deviazioni controllate entro ± 2 μ m, migliorando efficacemente l'uniformità e la coerenza dei rivestimenti per elettrodi. Allo stesso tempo, viene adottata la tecnologia di rotolamento avanzata per controllare con precisione parametri come la pressione di rotolamento e la velocità, che possono disporre strettamente le particelle di materiale elettrodo, migliorare la densità di compattazione degli elettrodi e quindi migliorare la densità di energia della batteria. Ad esempio, su una linea di produzione di batterie al litio di accumulo di energia su larga scala, l'uso del rivestimento a fessura e la tecnologia di pressione del rotolo ad alta precisione ha aumentato la densità di energia della batteria del 10%-15%e la deviazione di coerenza della capacità dello stesso lotto di batterie era inferiore all'1%, migliorando notevolmente la stabilità e l'affidabilità del sistema di stoccaggio dell'energia.
(2) Il gruppo della batteria e la tecnologia di imballaggio garantiscono la sicurezza della batteria
Il processo di assemblaggio della batteria e l'imballaggio è fondamentale per garantire la durata della sicurezza e del servizio delle batterie al litio. Nel processo di assemblaggio della batteria, viene introdotta la tecnologia di saldatura laser automatica. Rispetto alla saldatura di resistenza tradizionale, la saldatura laser presenta i vantaggi della cucitura della saldatura stretta, della piccola zona colpita da calore e dell'alta resistenza alla saldatura. Può ottenere una connessione di alta qualità tra terminali della batteria e barre di bus, ridurre la resistenza di contatto, ridurre il fenomeno di riscaldamento delle batterie durante la ricarica e lo scarico e migliorare la sicurezza della batteria. Nel processo di imballaggio, i materiali ad alta barriera e le tecniche avanzate di tenuta, come la tecnologia di imballaggio di film compositi in plastica in alluminio, vengono utilizzati per prevenire efficacemente impurità esterne come l'umidità e l'ossigeno di entrare nella batteria, evitando la corrosione, il gonfiore e altri problemi e gli altri problemi e estendendo la durata della batteria. Inoltre, alcune batterie al litio di stoccaggio di energia di fascia alta integrano anche la temperatura, la pressione e altri sensori all'interno del pacchetto per monitorare lo stato interno della batteria in tempo reale. Una volta che si verificano anomalie, le misure protettive possono essere prese in modo tempestivo per migliorare ulteriormente la sicurezza della batteria.
3 Aggiornamento intelligente del sistema di gestione delle batterie
(1) Monitoraggio e controllo accurati Migliora le prestazioni della batteria
Il sistema di gestione delle batterie (BMS), in quanto "cervello" delle batterie al litio, svolge un ruolo cruciale nei sistemi di accumulo di energia. Il BMS di nuova generazione adotta sensori ad alta precisione e algoritmi avanzati, che possono monitorare parametri chiave come tensione della batteria, corrente, temperatura, stato di carica (SOC) e stato di salute (SOH) in tempo reale e accuratamente. Ad esempio, utilizzando l'algoritmo di filtraggio Kalman per elaborare la tensione della batteria e i dati di corrente, l'accuratezza della stima SOC può essere migliorata entro ± 3%, fornendo basi accurate per la ricarica della batteria e il controllo di scarico. Allo stesso tempo, BMS gestisce in modo intelligente la ricarica e lo scarico delle batterie in base ai dati di monitoraggio, regolando dinamicamente la corrente e la tensione di ricarica per evitare sovraccarico e sovraccarico, estendendo efficacemente la durata del ciclo della batteria. In una grande centrale elettrica di conservazione dell'energia, l'adozione di BMS intelligente ha esteso la durata del ciclo delle batterie al litio del 20% -30%, riducendo i costi di funzionamento e manutenzione del sistema di accumulo di energia.
(2) Sistema di miglioramento dell'affidabilità per la diagnosi dei guasti e un avvertimento precoce
Il BMS intelligente ha potenti funzioni di diagnosi di guasti e avvertimento. Attraverso un'analisi approfondita dei dati sul funzionamento della batteria, i potenziali rischi di guasti della batteria possono essere rilevati in modo tempestivo e gli avvertimenti possono essere emessi in anticipo. Ad esempio, utilizzando algoritmi di apprendimento automatico per apprendere e formare i dati storici della batteria, è possibile stabilire un modello di previsione degli guasti della batteria. Quando la batteria subisce anomalie, il modello può determinare rapidamente il tipo e la gravità del guasto, fornendo informazioni accurate sulla diagnosi dei guasti per il personale di funzionamento e manutenzione, facilitando le misure di manutenzione tempestiva ed evitando l'espansione del guasto. Inoltre, BMS può anche scambiare i dati con la piattaforma di monitoraggio del sistema di accumulo di energia, caricare le informazioni sullo stato della batteria in tempo reale nel cloud e il personale di funzionamento e manutenzione può visualizzare lo stato del funzionamento della batteria sempre e ovunque tramite app mobili o terminali di computer, ottenendo il monitoraggio e la gestione remoti e migliorando l'affidabilità e il funzionamento e l'efficienza di manutenzione del sistema di archiviazione energetico.