Trúc Hà Nhân
Intern Writer
Trong xu hướng phát triển nhanh chóng của ngành năng lượng mới, pin thể rắn được xem là công nghệ pin thế hệ tiếp theo với nhiều ưu điểm nổi bật như mật độ năng lượng cao hơn, độ an toàn tốt hơn và khả năng thích ứng nhiệt độ rộng hơn. Sự ra đời của công nghệ sản xuất điện cực khô cho pin lithium đã mở ra một con đường công nghệ mới cho việc sản xuất quy mô lớn pin thể rắn, vượt qua những hạn chế của phương pháp ướt truyền thống. Đây chính là một đổi mới quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa pin thể rắn, với sự dẫn dắt của các doanh nghiệp như Qingyan Electronics, nơi đã thể hiện sức mạnh công nghệ vững vàng trong lĩnh vực này.
Pin thể rắn khác với pin lỏng truyền thống ở chỗ nó sử dụng điện ly thể rắn thay cho điện ly lỏng, điều này tạo ra yêu cầu mới cho quy trình chế tạo điện cực. Các loại pin ướt truyền thống cần dùng dung môi để hòa tan chất kết dính và tạo thành hỗn hợp bột, nhưng dư lượng dung môi có thể gây ra phản ứng hóa học với điện ly thể rắn, ảnh hưởng đến độ ổn định bề mặt. Hơn nữa, quy trình sấy ở nhiệt độ cao trong phương pháp ướt có thể làm oxy hóa vật liệu điện cực, ảnh hưởng đến hiệu suất chu kỳ của pin thể rắn. Công nghệ điện cực khô, bằng cách áp dụng phương pháp trộn vật lý và hình thành sợi, đã hoàn hảo tránh được những vấn đề này. Việc không sử dụng dung môi giúp giảm thiểu rủi ro tương tác bề mặt với điện ly thể rắn. Hơn nữa, quá trình chế biến ở nhiệt độ thấp giúp bảo vệ hoạt tính hóa học của vật liệu điện cực, đặc biệt là với các hệ thống điện ly thể rắn nhạy cảm với nước và oxy như sulfu. Đặc biệt, cấu trúc mạng ba chiều của chất kết dính tạo ra bởi công nghệ điện cực khô có thể cung cấp các kênh cho việc thẩm thấu điện ly thể rắn, giảm thiểu trở kháng bề mặt. Một số thí nghiệm đã chỉ ra rằng pin thể rắn sử dụng điện cực khô có trở kháng bề mặt giảm hơn 40% so với pin sử dụng điện cực ướt, và Qingyan Electronics đã chứng minh được lợi thế này trong nghiên cứu phát triển điện cực khô.
Công nghệ điện cực khô đã có những bước đột phá quan trọng trong pin thể rắn. Trước tiên, về sự tương thích vật liệu, công nghệ này sử dụng kỹ thuật hình thành sợi dưới tác động của lực cơ học để thích ứng hiệu quả với nhiều loại vật liệu điện cực. Trong lĩnh vực điện cực dương, các loại vật liệu như NCM (Niken, Cobalt, Manganese), LFP (Lithium Iron Phosphate) và vật liệu cao niken không chứa cobalt đều có thể được phân tán đồng đều bằng cách điều chỉnh các tham số trộn. Đối với các vật liệu điện cực âm như silicon có tỷ lệ giãn nở thể tích cao, mạng lưới kết dính đàn hồi từ công nghệ điện cực khô giúp giảm bớt áp lực giãn nở, nâng cao tính ổn định chu kỳ hơn 30%. Đối với những yêu cầu đặc thù của pin thể rắn, công nghệ khô có thể tạo ra cấu trúc tích hợp “điện cực - điện ly” bằng cách trộn lẫn vật liệu điện cực với bột điện ly thể rắn, điều này giúp nâng cao mật độ năng lượng lên 15% và giảm điện trở tiếp xúc bề mặt.
Bên cạnh đó, công nghệ điện cực khô đạt được sự kiểm soát chính xác tối ưu về quy trình. Công nghệ cán đa trục có thể kiểm soát độ dày của điện cực với sai lệch chỉ ±1 micron, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về tính đồng nhất của điện cực trong pin thể rắn. Chức năng điều chỉnh áp lực cán theo gradient giúp tối ưu hóa độ dày nén tùy theo tính chất của từng loại vật liệu. Về điều chỉnh độ porosity của điện cực, công nghệ khô có thể ổn định tỷ lệ porosity trong khoảng 30%-50%, tạo kênh lý tưởng cho việc thẩm thấu hoặc nung chảy điện ly thể rắn. Theo dữ liệu từ một dây chuyền sản xuất, tỉ lệ lấp đầy điện ly thể rắn trong các điện cực sản xuất bằng công nghệ này đạt trên 95%, cao hơn nhiều so với 80% của điện cực ướt.
Công nghệ điện cực khô mang lại nhiều lợi thế trong việc thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa pin thể rắn. Đầu tiên là về tối ưu hóa chi phí và hiệu suất, phương pháp này giúp loại bỏ các bước như mua, thu hồi và làm khô dung môi trong quy trình ướt, giảm chi phí sản xuất điện cực khô từ 20% đến 25%. Đặc biệt, trong một dây chuyền sản xuất công suất GWh, hàng triệu nhân dân tệ có thể tiết kiệm hàng năm và giảm tiêu thụ năng lượng đến 30%, đồng thời giảm 40% lượng khí thải carbon. Về hiệu suất sản xuất, dây chuyền sản xuất liên tục của công nghệ khô đã giảm 50% thời gian chế tạo điện cực, nâng cao sản lượng hàng ngày gấp đôi so với phương pháp ướt. Hơn nữa, tính tương thích với các quy trình như lắp ráp và đóng gói pin thể rắn cao hơn, cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình và đạt độ đạt chuẩn lên tới 98%.
Về mặt an toàn, công nghệ điện cực khô càng làm tăng thêm lợi thế này của pin thể rắn. Việc không còn dư lượng dung môi giúp tránh phản ứng phụ giữa điện ly lỏng và điện ly thể rắn, loại bỏ rủi ro phồng rộp; độ bền cơ học cao của điện cực làm giảm xác suất chập ngắn, và trong thử nghiệm đâm xuyên, xác suất mất kiểm soát nhiệt độ là bằng không. Dữ liệu từ một công ty ô tô cho thấy, xe trang bị pin thể rắn sử dụng điện cực khô không có nguy cơ cháy nổ trong điều kiện va chạm cực đoan, độ an toàn vượt trội hơn so với pin truyền thống.
Nhìn về tương lai, công nghệ điện cực khô đã được áp dụng trong nhiều dây chuyền thử nghiệm pin thể rắn của các doanh nghiệp khác nhau. Qingyan Electronics với tích lũy công nghệ trong lĩnh vực này đã sản xuất ra các sản phẩm phù hợp với yêu cầu của nhiều dự án nghiên cứu phát triển pin thể rắn. Một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực pin đã sử dụng công nghệ này sản xuất pin thể rắn với mật độ năng lượng vượt qua 400Wh/kg và tuổi thọ chu kỳ đạt trên 3000 lần, đáp ứng các thử nghiệm khắt khe và dự kiến triển khai vào năm 2025.
Về hướng phát triển công nghệ, thế hệ thứ ba của công nghệ điện cực khô đang khám phá công nghệ “củng cố tại chỗ”, nơi các tiền chất của điện ly thể rắn được trộn với vật liệu điện cực và sau đó được hình thành từ điện cực trực tiếp thành điện ly, nhằm đơn giản hóa quy trình hơn nữa. Đồng thời, việc áp dụng hệ thống điều khiển thông minh sẽ cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa các hệ thống vật liệu khác nhau, đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt cho nhiều loại pin thể rắn.
Sự kết hợp giữa công nghệ điện cực khô và pin thể rắn không chỉ là một cuộc cách mạng về công nghệ sản xuất, mà còn tái định hình logic phát triển của ngành công nghiệp pin. Khi việc sản xuất không dung môi, độ an toàn cao và chi phí thấp trở thành hiện thực, pin thể rắn sẽ nhanh chóng vượt khỏi phòng thí nghiệm và bước vào thương mại hóa, mang lại những đột phá cách mạng trong lĩnh vực xe điện, lưu trữ năng lượng. Sáng kiến công nghệ này đang thúc đẩy nhân loại tiến tới mục tiêu “lưu trữ an toàn và hiệu quả”, và các doanh nghiệp như Qingyan Electronics sẽ tiếp tục đóng góp thêm động lực cho quá trình này. (Sohu)
Pin thể rắn khác với pin lỏng truyền thống ở chỗ nó sử dụng điện ly thể rắn thay cho điện ly lỏng, điều này tạo ra yêu cầu mới cho quy trình chế tạo điện cực. Các loại pin ướt truyền thống cần dùng dung môi để hòa tan chất kết dính và tạo thành hỗn hợp bột, nhưng dư lượng dung môi có thể gây ra phản ứng hóa học với điện ly thể rắn, ảnh hưởng đến độ ổn định bề mặt. Hơn nữa, quy trình sấy ở nhiệt độ cao trong phương pháp ướt có thể làm oxy hóa vật liệu điện cực, ảnh hưởng đến hiệu suất chu kỳ của pin thể rắn. Công nghệ điện cực khô, bằng cách áp dụng phương pháp trộn vật lý và hình thành sợi, đã hoàn hảo tránh được những vấn đề này. Việc không sử dụng dung môi giúp giảm thiểu rủi ro tương tác bề mặt với điện ly thể rắn. Hơn nữa, quá trình chế biến ở nhiệt độ thấp giúp bảo vệ hoạt tính hóa học của vật liệu điện cực, đặc biệt là với các hệ thống điện ly thể rắn nhạy cảm với nước và oxy như sulfu. Đặc biệt, cấu trúc mạng ba chiều của chất kết dính tạo ra bởi công nghệ điện cực khô có thể cung cấp các kênh cho việc thẩm thấu điện ly thể rắn, giảm thiểu trở kháng bề mặt. Một số thí nghiệm đã chỉ ra rằng pin thể rắn sử dụng điện cực khô có trở kháng bề mặt giảm hơn 40% so với pin sử dụng điện cực ướt, và Qingyan Electronics đã chứng minh được lợi thế này trong nghiên cứu phát triển điện cực khô.
Công nghệ điện cực khô đã có những bước đột phá quan trọng trong pin thể rắn. Trước tiên, về sự tương thích vật liệu, công nghệ này sử dụng kỹ thuật hình thành sợi dưới tác động của lực cơ học để thích ứng hiệu quả với nhiều loại vật liệu điện cực. Trong lĩnh vực điện cực dương, các loại vật liệu như NCM (Niken, Cobalt, Manganese), LFP (Lithium Iron Phosphate) và vật liệu cao niken không chứa cobalt đều có thể được phân tán đồng đều bằng cách điều chỉnh các tham số trộn. Đối với các vật liệu điện cực âm như silicon có tỷ lệ giãn nở thể tích cao, mạng lưới kết dính đàn hồi từ công nghệ điện cực khô giúp giảm bớt áp lực giãn nở, nâng cao tính ổn định chu kỳ hơn 30%. Đối với những yêu cầu đặc thù của pin thể rắn, công nghệ khô có thể tạo ra cấu trúc tích hợp “điện cực - điện ly” bằng cách trộn lẫn vật liệu điện cực với bột điện ly thể rắn, điều này giúp nâng cao mật độ năng lượng lên 15% và giảm điện trở tiếp xúc bề mặt.
Bên cạnh đó, công nghệ điện cực khô đạt được sự kiểm soát chính xác tối ưu về quy trình. Công nghệ cán đa trục có thể kiểm soát độ dày của điện cực với sai lệch chỉ ±1 micron, đáp ứng yêu cầu nghiêm ngặt về tính đồng nhất của điện cực trong pin thể rắn. Chức năng điều chỉnh áp lực cán theo gradient giúp tối ưu hóa độ dày nén tùy theo tính chất của từng loại vật liệu. Về điều chỉnh độ porosity của điện cực, công nghệ khô có thể ổn định tỷ lệ porosity trong khoảng 30%-50%, tạo kênh lý tưởng cho việc thẩm thấu hoặc nung chảy điện ly thể rắn. Theo dữ liệu từ một dây chuyền sản xuất, tỉ lệ lấp đầy điện ly thể rắn trong các điện cực sản xuất bằng công nghệ này đạt trên 95%, cao hơn nhiều so với 80% của điện cực ướt.
Công nghệ điện cực khô mang lại nhiều lợi thế trong việc thúc đẩy quá trình công nghiệp hóa pin thể rắn. Đầu tiên là về tối ưu hóa chi phí và hiệu suất, phương pháp này giúp loại bỏ các bước như mua, thu hồi và làm khô dung môi trong quy trình ướt, giảm chi phí sản xuất điện cực khô từ 20% đến 25%. Đặc biệt, trong một dây chuyền sản xuất công suất GWh, hàng triệu nhân dân tệ có thể tiết kiệm hàng năm và giảm tiêu thụ năng lượng đến 30%, đồng thời giảm 40% lượng khí thải carbon. Về hiệu suất sản xuất, dây chuyền sản xuất liên tục của công nghệ khô đã giảm 50% thời gian chế tạo điện cực, nâng cao sản lượng hàng ngày gấp đôi so với phương pháp ướt. Hơn nữa, tính tương thích với các quy trình như lắp ráp và đóng gói pin thể rắn cao hơn, cho phép tự động hóa toàn bộ quy trình và đạt độ đạt chuẩn lên tới 98%.
Về mặt an toàn, công nghệ điện cực khô càng làm tăng thêm lợi thế này của pin thể rắn. Việc không còn dư lượng dung môi giúp tránh phản ứng phụ giữa điện ly lỏng và điện ly thể rắn, loại bỏ rủi ro phồng rộp; độ bền cơ học cao của điện cực làm giảm xác suất chập ngắn, và trong thử nghiệm đâm xuyên, xác suất mất kiểm soát nhiệt độ là bằng không. Dữ liệu từ một công ty ô tô cho thấy, xe trang bị pin thể rắn sử dụng điện cực khô không có nguy cơ cháy nổ trong điều kiện va chạm cực đoan, độ an toàn vượt trội hơn so với pin truyền thống.
Nhìn về tương lai, công nghệ điện cực khô đã được áp dụng trong nhiều dây chuyền thử nghiệm pin thể rắn của các doanh nghiệp khác nhau. Qingyan Electronics với tích lũy công nghệ trong lĩnh vực này đã sản xuất ra các sản phẩm phù hợp với yêu cầu của nhiều dự án nghiên cứu phát triển pin thể rắn. Một trong những công ty hàng đầu trong lĩnh vực pin đã sử dụng công nghệ này sản xuất pin thể rắn với mật độ năng lượng vượt qua 400Wh/kg và tuổi thọ chu kỳ đạt trên 3000 lần, đáp ứng các thử nghiệm khắt khe và dự kiến triển khai vào năm 2025.
Về hướng phát triển công nghệ, thế hệ thứ ba của công nghệ điện cực khô đang khám phá công nghệ “củng cố tại chỗ”, nơi các tiền chất của điện ly thể rắn được trộn với vật liệu điện cực và sau đó được hình thành từ điện cực trực tiếp thành điện ly, nhằm đơn giản hóa quy trình hơn nữa. Đồng thời, việc áp dụng hệ thống điều khiển thông minh sẽ cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa các hệ thống vật liệu khác nhau, đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt cho nhiều loại pin thể rắn.
Sự kết hợp giữa công nghệ điện cực khô và pin thể rắn không chỉ là một cuộc cách mạng về công nghệ sản xuất, mà còn tái định hình logic phát triển của ngành công nghiệp pin. Khi việc sản xuất không dung môi, độ an toàn cao và chi phí thấp trở thành hiện thực, pin thể rắn sẽ nhanh chóng vượt khỏi phòng thí nghiệm và bước vào thương mại hóa, mang lại những đột phá cách mạng trong lĩnh vực xe điện, lưu trữ năng lượng. Sáng kiến công nghệ này đang thúc đẩy nhân loại tiến tới mục tiêu “lưu trữ an toàn và hiệu quả”, và các doanh nghiệp như Qingyan Electronics sẽ tiếp tục đóng góp thêm động lực cho quá trình này. (Sohu)
