先进的锂电池可以说从未像今天的高需求。不幸的是,短缺影响生产所需的稀土金属节流电池制造商,以满足当前需求的能力。
学术研究人员取得了重大的进展向开发备用电池化学反应,可以回避这些近年来供应问题。但它并不少见对于制造商来说,遇到其他问题当试图扩大生产这些新电池批量生产的材料。之间的收益率差,杂质等质量控制问题,这种差异在学术和工业实验室所面临的挑战已被确定为一个关键领域,对未来的关注。
太平洋西北国家实验室的研究人员,宾夕法尼亚州立大学,华盛顿大学,梅赛德斯-奔驰(mercedes - benz)和热费希尔科学最近发表过一篇文章自然能源,汇集了他们不同的观点和专业审查制造商所面临的挑战,并为未来发展制定新的战略机会。
更多地了解所涉及的挑战和机遇扩大锂离子电池生产,188金宝搏备用采访了刘赵高级市场开发经理在热费希尔科学和新论文的合著者之一。
亚历山大小吏(AB):你能告诉我们关于一些电池制造商面临当前的挑战?
刘赵(ZL):电池制造商正面临着几个挑战包括成本、材料短缺和安全问题,因为他们的工作发展和改善电池技术。而电池的费用降低了,成本还禁止电池的广泛应用。制造商需要找到一些方法,降低原材料的成本,生产和增加规模经济来降低电池的成本。
电池制造商受到原材料的持续短缺,因为电池供电的设备的需求增加以及全球供应链的复杂性。例如,钴等关键元素——发现主要在刚果共和国受到供应短缺。为了应对这一问题,有重要的努力设计和生产电池含有更少的钴,甚至是一个完全无钴电池。
这些制造商努力确保电池安全。安全召回是昂贵的原始设备制造商和电池制造商。为了解决这个挑战,提高质量保证是关键。电池的质量必须监控制造过程的每个阶段。这需要大量的计量发展。例如,金属杂质是导致电池性能退化的关键因素,还没有一个有效的解决方案来检测杂质细胞在整个生产过程,从原材料到最终的细胞。
阿瑟:扩大特别问题是为什么呢?
ZL:在我们最近发表的论文加上国家实验室,大学和行业领导者,我们将深入研究时的挑战,将获得的知识从实验室转移到电池大规模生产。有很多盲点在收益率方面,当材料发生的杂质和质量控制的研究扩大到工业制造水平。
在实验室环境中,您可以很容易地合成高性能材料的小批量大小(例如,在1克)。然而,当你试图扩大规模很大批量大小(例如,0.1公斤数千公斤)在制造业、挑战等均匀混合和non-stoichiometric副产品的形成开始影响最终产品的质量。在这种情况下,不同的材料加工策略需要大型批量样品,以确保材料合成的性能。
阿瑟:学术界和产业界共同努力,如何解决这些问题?
ZL:关键是要确保学术界也在努力应对行业挑战。在最近的一篇论文中,我们强调需要学术界把研究应对挑战与扩大和移动实验室材料的制造环境。
金属杂质对电池生产是一个很大的挑战但杂质的耐受度在工业环境中还没有理解。然而,在学术研究中,杂质一般不被认为是电池性能评估的关键因素。有一个材料研究在这个空间中知识差距。如果学术界重点研究如何减少杂质在材料合成和生产过程中以及如何开发有效的计量检测这些杂质,可以改善电池的生产质量。
阿瑟:以何种方式材料科学可以用来确保电池性能和安全吗?
ZL:材料科学是必不可少的在确保电池性能和安全,都是依赖的材料和结构材料用于构造电池。材料本身的性质决定了电池的性能和安全。在电池,通常有两种方法——更安全的物质或材料更energy-optimized结构。使用锂镍钴锰氧化物(NMC)和磷酸亚铁锂(联赛),两个常见的阴极材料在电动汽车,作为一个例子。NMC提供更高的特定的能量密度和较短的生命周期,但联赛更安全,低能量性能。根据细胞性能需求,需要选择不同的材料和优化。材料科学帮助指导我们确定哪些材料我们应该选择。
此外,结构电池本身是相当复杂的电化学系统。从毫米到原子尺度微观结构特征会影响电池的性能。因此,如何描述电池的结构是至关重要的。我们最近的研究进一步探讨了表征需要在材料开发和制造,使质量保证高质量的电池制造。具体来说,电子显微镜的使用可以帮助我们了解电池结构在多维和multi-length规模和电池性能联系在一起。蓄电池电解质设计工作流是非常可取的,可以促进效率和准确性在获得更好的电池开发的关键结构信息和更有效的生产。
阿瑟:你在商店看到的未来电池开发和制造吗?
ZL:在电池开发、新电池化学反应与更好的性能,降低成本,增强安全是未来的发展趋势。创新如固态电池和锂硫电池可以取代当前锂离子电池。他们更安全,有更高的能量密度,可以以更低的成本生产。
在电池制造,我们看到更多的投资在自动化创新。传统上,电池制造可以涉及很多手工和装配等劳动密集型步骤,单元测试和质量控制。自动化创新旨在减少人为错误,提高效率通过自动化这些过程。在最近的一篇论文中,我们讨论了智能制造、数字双技术,提供了一个反馈回路模拟数据和实际生产过程之间通过人工智能以及如何有效地优化生产流程,提高产量。
此外,增强自动化计量过程中的生产过程会使电池生产更加有效和节省成本。当前杂质计量过程中电池制造业是劳动密集型的,而且整个过程从样品制备到最终的数据分析和报告耗时数小时,大大影响细胞生产的效率,最终会变得非常昂贵。
随着电池需求持续增长,它也变得越来越重要的电池处理,找到可持续的解决方案。电池的回收和重用将发挥重要作用在降低电池生产和使用对环境的影响,以及帮助应对原材料的短缺。最终电池开发和制造的未来是很让她兴奋和看起来前途无量,地平线上的重大进步,将导致更安全、更高效和更可持续的能源存储解决方案。
赵刘说亚历山大小吏,科普作家与编辑技术网络。188金宝搏备用
