Analyse de la technologie de fabrication des électrodes des batteries lithium-ion
À l'avenir, la demande et la capacité installée réelle des batteries lithium-ion augmenteront rapidement pour atteindre l'ordre de TWh. La technologie actuelle de fabrication des batteries repose encore sur des essais et des erreurs, sur une certaine technologie propriétaire et sur l'expertise personnelle, etc. fabrication d'électrodes La performance est plus évidente dans le processus de fabrication des batteries.
La promotion des avancées technologiques dans la fabrication d'électrodes pour batteries lithium-ion peut améliorer la qualité de vie des consommateurs. performance de la batterieL'objectif est d'améliorer la qualité, la sécurité et la durabilité des processus afin de soutenir le développement de batteries lithium-ion de meilleure qualité et à plus grande échelle. Pour surmonter les goulets d'étranglement auxquels se heurte actuellement la fabrication des électrodes, il faut se concentrer sur les matériaux, les techniques de fabrication, la métrologie des processus en ligne et l'analyse des données.
Analyse du processus de fabrication des électrodes et tendances de développement
Les électrodes des batteries lithium-ion actuellement sur le marché sont fabriquées par voie humide. Il s'agit de préparer des substances électrochimiquement actives, des liants, des agents conducteurs et des solvants volatils sous forme de boue et de les enduire sur des collecteurs de courant à feuille métallique, puis de les sécher et de les rouler. Ce processus de fabrication d'électrodes présente des avantages en termes d'efficacité de production, de cohérence et d'évolutivité, et est devenu la principale technologie de fabrication d'électrodes de batterie, ce qui a entraîné une réduction significative du coût de fabrication des batteries lithium-ion dans une certaine mesure.
Dans ces conditions avantageuses, il est facile d'ignorer les obstacles techniques de la technologie de fabrication des électrodes humides, notamment l'incapacité de répondre aux besoins des batteries à haute énergie en électrodes épaisses, l'augmentation de la porosité et de la proportion de matières actives dans la formule, etc. L'innovation de la technologie de fabrication d'électrodes existante est principalement basée sur l'électrode humide, ce qui se traduit finalement par un compromis entre les différentes performances de la batterie, et vice versa.
En outre, dans les étapes clés de la préparation de la boue d'électrode, de l'enrobage, du séchage et du calandrage, l'influence sur l'évolution de la microstructure de l'électrode est également différente. Plus récemment, le développement et l'optimisation des électrodes des batteries Li-ion n'ont pas bénéficié de capacités de conception et de prédiction relativement limitées, ni de métrologie en ligne, et se sont largement appuyés sur des essais et des erreurs.
Récemment, de nouvelles technologies de fabrication d'électrodes sont apparues, qui peuvent permettre la modularisation de la fabrication d'électrodes ou une préparation plus intelligente des électrodes. En utilisant les paramètres de conception précédents pour prédire le processus de fabrication des électrodes suivantes et en effectuant des mesures en ligne pour ajuster en permanence les paramètres du processus de fabrication des électrodes suivantes.
Ces nouvelles technologies permettent un meilleur alignement des matériaux d'électrodes et exploitent pleinement les propriétés intrinsèques des matériaux électrochimiquement actifs pour la conception de la fabrication des électrodes. Ces nouvelles technologies utilisent principalement l'apprentissage automatique pour guider la technologie de fabrication rapide des électrodes.
Technologie innovante pour la structure des particules des matériaux d'électrodes de batteries lithium-ion
Elle se manifeste principalement par la modification de la structure des particules du matériau de la cathode, et la faible conductivité électronique du matériau, la lenteur de la diffusion à l'état solide, les fissures, etc. affectent les performances de la batterie. Au fil des ans, diverses techniques innovantes ont été mises en œuvre pour modifier la structure des particules des matériaux actifs. Ces techniques comprennent le revêtement de surface, le dopage, le renforcement des joints de grains, les particules secondaires artificielles, la morphologie monocristalline, etc.
Le revêtement de surface peut améliorer la résistance structurelle des particules secondaires, ce qui permet au matériau d'atteindre une durée de vie plus longue et un taux de rétention de capacité plus élevé. La technique courante de co-précipitation des matériaux ternaires a permis de synthétiser avec succès des particules binaires présentant des morphologies structurelles différentes.
Ces dernières années, on a constaté que les particules primaires peuvent fournir une voie de diffusion plus rapide à l'état solide pour les ions lithium afin d'améliorer les performances de la batterie, et la disposition radiale des particules primaires est également bénéfique pour réduire l'impact de la contrainte mécanique causée par les changements de volume pendant le cycle. Dans la technologie de fabrication des électrodes, la morphologie monocristalline du matériau contribue à éliminer la formation de microfissures et garantit une plus longue durée de vie du matériau de la batterie.
Malgré de grands succès dans l'ingénierie structurelle des matériaux cathodiques, la plupart des particules de matériaux actifs cathodiques ont une faible conductivité électronique. Dans le processus de fabrication des électrodes, des additifs conducteurs doivent être ajoutés pour améliorer la conductivité, mais le processus humide traditionnel ne peut pas garantir la distribution uniforme de l'agent conducteur dans la formation du réseau de perméation électronique. La synthèse de particules composites de matériaux actifs et d'agents conducteurs est apparue comme une nouvelle approche pour relever ce défi.
Les faits ont prouvé que la technologie de modification de la structure des particules de ces matériaux peut résoudre efficacement les problèmes liés à la microstructure de fabrication des électrodes. À l'heure actuelle, la synthèse de particules AM monocristallines de matériaux cathodiques à haute teneur en nickel est devenue une tendance de développement de l'industrie. En outre, l'établissement d'un modèle permet de mieux comprendre la relation entre le processus de synthèse par co-précipitation et la relation entre le produit et la performance.
Application de l'apprentissage automatique au processus de fabrication des électrodes
Le processus de production des batteries Li-ion consiste en divers processus continus et discontinus impliquant des caractéristiques chimiques, physiques, électrochimiques et thermiques. Par conséquent, les différentes étapes du processus de production dépendent les unes des autres. Dans le processus de production, les différentes étapes sont donc dépendantes les unes des autres. Top 100 du lithium les fabricants, les méthodes traditionnelles de détermination, d'analyse et de contrôle des données des étapes du processus de fabrication des batteries au lithium-ion sont principalement dérivées de l'analyse qualitative, ce qui nécessite beaucoup de temps et d'efforts pour le débogage.
L'IA et l'apprentissage automatique fournissent des outils puissants pour clarifier la relation entre les processus complexes et interconnectés impliqués dans la fabrication des batteries au lithium-ion. Ils peuvent permettre aux chercheurs d'effectuer une analyse et une évaluation quantitatives et systématiques des processus de fabrication connexes et de formuler plus efficacement des recommandations pour la fabrication. L'amélioration du processus de production des batteries au lithium-ion par des techniques d'apprentissage automatique nécessite un cadre en boucle fermée, et l'apprentissage automatique est également confronté à certains défis.
Conclusion
Les batteries lithium-ion sont un facteur clé pour atteindre l'objectif mondial de décarbonisation. Lorsque la demande atteint TWh ou plus, elle pose de nouveaux défis au processus de production existant en termes de performance et de coût, et nécessite des innovations dans les technologies de production et de fabrication existantes. En ce qui concerne la fabrication des électrodes, il est possible d'établir un système de connaissances sur la structure des électrodes et de comprendre comment elle est affectée par l'industrialisation, ce qui aidera à maîtriser de nouvelles technologies pour une fabrication d'électrodes plus propre, plus efficace et plus économe en énergie.
Les futures technologies de fabrication d'électrodes peuvent être divisées en améliorations progressives et en innovations subversives. Il s'agit notamment de la technologie de synthèse des matériaux cathodiques composites, de la technologie d'enrobage des électrodes nouvelle et efficace, de la technologie de fabrication d'électrodes sèches et de l'application de l'apprentissage automatique, etc.
