锂离子电池未来可能用的新技术(锂离子动力电池技术现状)

未来几十年，要向绿色能源过渡，就必须增加电池的产量，提高其创新性。锂离子电池将在不久的将来成为绿色能源革命的主力，为几乎所有东西储存能量，从电动汽车到飞机到家庭和商业建筑。

锂离子电池有三种类型：圆柱形、袋形和方形(也称为电池罐)。智能手机通常使用袋形电池，而大多数家用电器使用圆柱形电池。

世界电池产量正在迅速上升。特斯拉于2015年在内华达州斯帕克斯建立了第一家“超级工厂”，生产电池。特斯拉的另一家“超级工厂”，位于纽约布法罗，于2017年投产，主要生产太阳能电池。该公司计划未来几年在德国柏林和美国得克萨斯州奥斯汀再开设两家工厂。欧洲电池公司Northvolt也计划于2021年在瑞士Skellefte开始大规模建设超级工厂。

向绿色能源的过渡为全球经济中的新兴产业提供了一条漫长的跑道。随着对太阳能电池和蓄电池需求的增加，制造业将从中受益，随着新技术的发展，工业生态系统将得到发展，以支持制造业的快速增长和高生产率。锂离子电池处于生态和经济革命的前沿。

锂离子电池是如何制造的

虽然锂离子电池的重要性不言而喻，但是从概念上来说，锂电池的结构非常简单。结构上，锂离子电池的阴极(带正电)和阳极(带负电)电极片交替堆叠，每层之间用隔膜隔开。液体或固体电解质被注入电极之间，以促进阴极和阳极之间的能量转移。

锂离子电池的结构。与金属电池相比，锂离子电池在运行和充电过程中更加稳定。锂离子电池的能量密度通常是镍镉电池的两倍，但它往往比其他电池更重。

阴极片通常由铝箔制成，而阳极片通常由铜箔制成。每一片都涂有一种特殊的材料，以提高导电性、效率和附着力。

活性物质：决定锂离子电池的容量、电压和特性。阴极材料通常包括锂钴氧化物、锰酸锂氧化物或磷酸亚铁锂。阳极通常涂有某种碳材料，如石墨或钛酸锂。

粘合剂：用来把混合物粘在箔片上。

溶剂：促进浆料中材料的混合，使混合物能够涂覆在电极片上。

此外，正极还含有导电剂，以降低电池的内阻，提高导电性。

电极之间的隔板由多孔聚烯烃薄膜材料制成，该材料涂有芳香族聚酰胺，然后切割成一定的尺寸。当电极片堆叠时，电极片将以以下三种主要形式(圆柱形、袋形或方形)中的一种放入电池壳中。根据电池的形状和特性，电池外壳将包括外部正极和负极端子(用于连接用电设备)、外壳和电极堆之间的绝缘层、垫圈、通气孔和其他元件。

圆柱形电池是首批批量生产的锂电池类型之一。它由阳极、隔膜和阴极依次叠放卷绕而成。圆柱形电池非常适合自动化生产，其形状使电池能够承受更高水平的内部压力而不变形。圆柱形电池通常用于医疗设备、笔记本电脑、电动自行车和电动工具，是特斯拉庞大电池组的组成部分。

使用相机实现锂离子电池的质量保证

虽然从概念上讲，锂离子电池的制造非常简单，由涂布的电极层压板和电解质溶剂组成，但实际生产过程相当复杂和敏感。电极的涂层厚度对电池的性能甚至稳定性有很大的影响。

使用机器学习算法的线扫描相机有助于在锂离子电池制造的质量保证阶段实现自动化和优化。以Teledyne DALSA的Linea系列相机为例。这种线扫描相机可以安装在工厂生产线上，在制造过程中可以自由移动，从而监控材料的生产。线扫描相机非常适合于检查电极片，因为电极片从卷绕到涂覆到堆叠的过程高速运行。

相机的激光轮廓仪可以覆盖锂离子电池的整个制造过程。这些相机可以测量电极片和涂层的厚度，发现电极片上的表面缺陷，如凹痕、划痕或弯曲边缘，测量圆柱形或袋形电池的电池壳尺寸，并监控电池外部端子的焊接质量。

　锂离子电池的发展潜力

电动车销量与内燃机车销量的比值通常可以预测锂离子电池增速的分割线。预计到2025年，电动汽车将占汽车销量的10%，然后这一比例将在2030年和2040年分别提高到28%和58%。例如，加州作为美国人口最多的州和世界上最大的经济体之一，其目标是到2035年实现该州销售的所有新车和公交车的零排放。

由于电池储能通常与可再生能源成对出现，一种能源的增长直接表明另一种能源的采用。根据美国能源信息署(EIA)的数据，2021年美国70%的新能源产量将来自可再生能源(39%来自太阳能，31%来自风能)。所以当年电池的存储容量也会增加，是往年的4倍。世界上最大的太阳能电池将于2021年底在佛罗里达州投入使用。

电池制造商需要为未来对锂离子电池的需求做好准备。线相机、激光轮廓仪和机器学习的使用将帮助电池制造商优化质量保证流程并提高效率。