【導讀】在未來(lái)幾十年，要過(guò)渡到綠色能源就必須相應地增加電池的產(chǎn)量并提高其創(chuàng )新性。鋰離子電池將在不遠的將來(lái)成為綠色能源革命的主力軍，為幾乎所有東西儲存能量，涵蓋從電動(dòng)汽車(chē)到飛機，再到家庭和商業(yè)建筑。
電動(dòng)汽車(chē)和太陽(yáng)能發(fā)電系統中使用的鋰離子電池將成為推動(dòng)綠色革命的驅動(dòng)力。
以典型的電動(dòng)汽車(chē)特斯拉Model S車(chē)型為例，其使用了超過(guò)7600節鋰離子電池。在不久的將來(lái)，這種使用大量電池的情況不會(huì )被視作典型，而是會(huì )被認為很奇怪。
以典型的電動(dòng)汽車(chē)特斯拉Model S車(chē)型為例，其使用了超過(guò)7600節鋰離子電池。在不久的將來(lái)，這種使用大量電池的情況不會(huì )被視作典型，而是會(huì )被認為很奇怪。
在未來(lái)幾十年，要過(guò)渡到綠色能源就必須相應地增加電池的產(chǎn)量并提高其創(chuàng )新性。鋰離子電池將在不遠的將來(lái)成為綠色能源革命的主力軍，為幾乎所有東西儲存能量，涵蓋從電動(dòng)汽車(chē)到飛機，再到家庭和商業(yè)建筑。
鋰離子電池有三種類(lèi)型：圓柱形、袋狀和方形（也稱(chēng)為電池罐）。智能手機通常使用袋狀電池，而大多數家用電器則使用圓柱形電池。
全世界的電池產(chǎn)量正在快速攀升。特斯拉于2015年在內華達州的斯帕克斯建成了其第一家“超級工廠(chǎng)”，用于生產(chǎn)蓄電池。特斯拉的另一家“超級工廠(chǎng)”位于紐約州的布法羅市，于2017年投入運營(yíng)，主要生產(chǎn)太陽(yáng)能電池。該公司計劃在未來(lái)幾年在德國柏林和美國德克薩斯州首府奧斯汀再開(kāi)設兩家工廠(chǎng)。歐洲電池公司Northvolt也計劃于2021年在瑞士的Skellefteå開(kāi)始大規模建造一個(gè)超級工廠(chǎng)。
向綠色能源過(guò)渡為全球經(jīng)濟的新行業(yè)提供了一條長(cháng)長(cháng)的跑道。隨著(zhù)對太陽(yáng)能電池和蓄電池的需求增加，制造業(yè)將從中受益，并且隨著(zhù)新技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統將得到發(fā)展，為制造業(yè)的高速增長(cháng)和高生產(chǎn)力提供支持。鋰離子電池目前正處于生態(tài)和經(jīng)濟革命的前沿。
鋰離子電池是如何制造的
雖然鋰離子電池的重要性不言而喻，但從概念上而言，鋰電池的結構非常簡(jiǎn)單。結構上，鋰離子電池的陰極（帶正電荷）和陽(yáng)極（帶負電荷）電極片交替堆疊，每層之間用隔膜隔開(kāi)。電極片之間注入液態(tài)或固態(tài)電解液，以促進(jìn)陰極片和陽(yáng)極片之間的能量轉移。
鋰離子電池的結構。與金屬電池相比，鋰離子電池在運行和充電過(guò)程中更加穩定。鋰離子電池的能量密度通常是鎳鎘電池的兩倍，但其往往比其他電池更重。
陰極片通常由鋁箔制成，而陽(yáng)極片則通常由銅箔制成。每一片均涂以特定材料，以提高導電性、效率和粘合力。
活性材料：決定了鋰離子電池的容量、電壓和特性。陰極活性材料通常包括鋰鈷氧化物、錳酸鋰氧化物或磷酸鐵鋰。陽(yáng)極片則通常涂有某種碳材料，如石墨或鈦酸鋰。
粘合劑：用于將混合物粘附在箔材上。
溶劑：促進(jìn)漿料中材料的混合，使混合物能夠涂附在電極片上。
此外，陰極還含有導電劑，以降低電池內阻并提高導電性。
電極之間的隔膜由多孔聚烯烴薄膜材料制成，該材料涂有芳香族聚酰胺涂層，然后切割成一定尺寸。當電極片疊放完成后，電極片將采用以下三種主要形式之一（圓柱形、袋狀或方形）放入電池殼中。根據電池的形狀和特性，電池殼將包括外部正極和負極端子（以與被供電設備連接）、外殼與電極堆之間的絕緣層、墊圈、排氣孔和其他元件。
圓柱形電池是首個(gè)批量生產(chǎn)的鋰電池類(lèi)型之一，它由陽(yáng)極片、隔膜和陰極片按順序堆疊并卷繞而成。圓柱形電池非常適合自動(dòng)化生產(chǎn)，其形狀使得電池能夠承受更高水平的內部壓力而不變形。圓柱形電池通常用于醫療器械、筆記本電腦、電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)工具中，并且是特斯拉汽車(chē)龐大電池組中的一個(gè)組成部分。
使用相機實(shí)現鋰離子電池的質(zhì)量保證
盡管從概念上而言，鋰離子電池的制造很簡(jiǎn)單，其由有涂層的電極疊片和電解質(zhì)溶劑組成，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相當復雜且敏感。電極的涂層厚度對電池的性能甚至穩定性都有著(zhù)很大的影響。
采用機器學(xué)習算法的線(xiàn)掃描相機可有助于在鋰離子電池制造的質(zhì)量保證階段實(shí)現自動(dòng)化和優(yōu)化。以Teledyne DALSA的Linea系列相機為例，此款線(xiàn)掃描相機可以安裝在工廠(chǎng)生產(chǎn)線(xiàn)上，可在制造過(guò)程中自由移動(dòng)，從而監控材料的生產(chǎn)。線(xiàn)掃描相機非常適合用于檢查電極片，這是因為電極片從卷繞到涂層再到堆疊的過(guò)程均以高速運行。
檢測相機的激光輪廓儀可覆蓋鋰離子電池的整個(gè)制造過(guò)程。這些相機可以測量電極片和涂層的厚度，查找電極片上的表面缺陷，如凹痕、劃痕或彎曲邊緣，測量圓柱形或袋狀電池的電池殼尺寸，并監控電池外部端子的焊接質(zhì)量。
鋰離子電池的發(fā)展潛力
電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量與內燃機車(chē)銷(xiāo)量的比例通?？梢灶A測鋰離子電池增長(cháng)率的分界線(xiàn)。預計到2025年，電動(dòng)汽車(chē)將占汽車(chē)銷(xiāo)量的10%，之后在2030年和2040年，這一比例將分別提高到28%和58%。例如，加利福尼亞州，作為美國人口最多的州，也是世界上最大的經(jīng)濟體之一，其目標是到2035年，在該州銷(xiāo)售的所有新車(chē)和載客車(chē)均實(shí)現零排放。
由于蓄電池儲能通常與可再生能源成對出現，其中一種能源的增長(cháng)直接預示著(zhù)另一種能源的采用。根據美國能源信息署（EIA）的數據，2021年美國70%的新能源產(chǎn)能將來(lái)自可再生能源（其中39%來(lái)自太陽(yáng)能，31%來(lái)自風(fēng)能）。因此，該年的蓄電池存儲容量也將上升，比往年增長(cháng)四倍。世界上最大的太陽(yáng)能電池將于2021年底在佛羅里達州投入使用。
電池制造商們需要做好準備，應對未來(lái)對鋰離子電池的需求。線(xiàn)掃描相機、激光輪廓儀和機器學(xué)習的使用將幫助電池制造商們優(yōu)化質(zhì)量保證流程并提高效率。
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