리튬 배터리 셀의 성능 도약은 항상 재료 기술의 지속적인 혁신에 의존했습니다. 글로벌 과학 연구 및 산업에 의한 양성 전극 재료, 음성 전극 재료, 분리기 및 전해질의 혁신은 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 사이클 수명 및 더 나은 안전성을 향한 배터리 셀의 진화를 주도하고 있습니다. 이 전체 체인 재료 혁신은 새로운 에너지 차량, 에너지 저장 및 기타 분야의 핵심 원동력을 제공합니다.
1 양의 전극 재료 : 고용량 및 안정성 균형
중국의 "높은 니켈 3 개"경로는 계속해서 돌고 있습니다. 특정 기업에서 개발 한 NCM911 양성 전극 재료 (90%의 니켈 함량)의 특정 용량은 220mAh/g이며 NCM811보다 10% 높고 배터리 셀의 에너지 밀도는 800WH/L을 초과합니다. "단결정+코팅"공정을 통해 : 2 차 입자는 단결정 (입자 크기 3 μm)으로 분해되고 표면은 LIPO3 박막 (두께 2nm)으로 코팅된다. 500 사이클 후, 용량 유지율은 90%에 도달하여 높은 니켈 재료의 구조적 붕괴 문제를 해결합니다. 높은 - 엔드 전기 자동차 배터리 에서이 재료는 1000km 이상의 범위를 가능하게합니다.
미국의 코발트 프리 캐소드의 혁신은 비용을 줄입니다. Tesla에 의해 개발 된 리튬 망간 철 포스페이트 (LMFP) 양성 전극은 망간 요소 (20%)로 도핑하여 170mAh/g의 LFP에서 190mAh/g에서 190mAh/g까지의 특정 용량을 증가 시켰으며, 전압 플랫폼을 0.2V 증가시켰다. "액체 - 위상 합성"공정은 NCM에 비해 재료 비용을 30% 감소시키고 코발트 요소를 포함하지 않습니다 (자원 위험을 피하기 위해). 테스트에 따르면 LMFP를 사용하는 세포는 용량 유지율이 - 20도에서 85%이며 LFP보다 15% 높고 저온 시나리오에 적합한 것으로 나타났습니다.
2 음성 전극 재료 : 실리콘 도착 - 기반 시대
"실리콘 탄소 복합재"에서 일본의 상업 혁신. 파나소닉 (20%의 실리콘 함량)에 의해 개발 된 실리콘 탄소 음성 전극은 600mAh/g의 특정 용량을 가지며, 이는 흑연 음성 전극의 1.5 배이며 배터리 셀의 에너지 밀도를 20%증가시킨다. "나노 실리콘 입자+탄소 코팅"의 설계를 통해 : 실리콘 입자의 크기는 50nm로 제어되고 (부피 팽창 및 단편화를 피하기 위해) 표면은 단단한 탄소 층 (두께 5nm)으로 코팅된다. 200주기 후, 용량 유지율은 85%에 도달합니다. 음성 전극은 특정 전기 자동차 배터리에 적용되어 배터리 팩에서 300WH/kg의 에너지 밀도를 달성했습니다.
유럽의 '티타늄 기반 음성 전극'은 안전에 중점을 둡니다. 독일 회사의 리튬 티탄 네이트 (LTO) 음성 전극은 변형 특성이 제로가 없습니다 (부피 변화 속도<1%), with a cycle life exceeding 30000 times, which is 10 times that of graphite. Although the specific capacity is only 175mAh/g (lower than graphite), it can be fully charged to 80% in 10 minutes at a high rate of 10C, and can still function normally at -40 ℃. In energy storage cells, the LTO negative electrode extends the system's cycle life to 15 years, which is twice as long as traditional cells and suitable for grid level energy storage scenarios.
3 다이어프램 및 전해질 : 보이지 않는 안전성 및 전도도 보증
한국의 '코팅 된 막'은 고온 저항을 향상시킵니다. LG Chem의 세라믹 코팅 다이어프램 (3 μm의 Al ₂ O3 두께로 코팅 된 기판 PP)은 온도 저항이 160도에서 200 도로 향상되었으며, 펑크 강도는 300GF이며, 이는 일반적인 다이어프램보다 50% 더 높습니다. 열 런 어웨이 테스트에서 다이어프램은 배터리 셀의 단락 시간을 15 분으로 지연시켜 배터리 시스템의 안전 응답 시간을 구매할 수 있습니다. "나노 포어"설계 (기공 크기가 0.1 μm 인)는 이온 전도도를 10% 증가시키고 배터리 셀의 내부 저항을 감소시킵니다.
중국의 '화염 지연 전해질'은 안전 통증 지점을 극복합니다. 10% 화염 지연제 (트리 에틸 포스페이트 에스테르)를 첨가하여 특정 기업이 개발 한 "LIFSI+포스페이트 에스테르"전해질은 전기 분해물의 점화점을 180도에서 300 도로 증가시키지 않고 (10ms/cm 유지) 전해질의 점화점을 180도에서 300 도로 증가시킨다. 바늘 펑크 테스트 에서이 전해질을 사용하는 배터리 셀은 연기 만 연기하고 폭발하지 않으며 UL94 V - 0 인증을 통과했습니다. 동시에, 전해질은 배터리 셀이 -30도에서 70%의 용량 유지 속도를 유지하여 저온 응용의 경계를 확장 할 수있게한다.
리튬 배터리 셀의 재료 혁신은 "단일 재료 최적화"에서 "전체 시스템 협업"으로 전환되고 있습니다. 미래에, 고체 - 상태 전해질 (10 ℃/cm를 초과하는 이온 전도도) 및 희귀 금속 자유 전극의 성숙함으로, 배터리 셀은 "1000WH/L+사이클 수명의 에너지 밀도+절대 안전의 에너지 밀도"의 궁극적 인 목표를 달성하여 새로운 에너지 산업의 폭발성 성장을위한 재료 기초를 놓을 것입니다.