Ko energijska gostota litijevih baterijskih celic presega prag 300Wh/kg, postanejo ključna gonilna sila visoke nikljeve pozitivne elektrode. Vsebnost niklja je skočila s serije 5 (NI50%) na 8 serij (NI80%) in celo 9 serij (NI90%), ki ne samo poveča zmogljivost baterije za več kot 20%, ampak tudi spodbuja doseg električnega vozila, da zlahka presega 600 kilometrov. Toda za to "tekmovanje v nikljenju" je strogo ravnovesje med materialno stabilnostjo in natančnostjo procesa.
1 Igra aktivnosti in stabilnosti: preboj na ravni materiala
Ključno protislovje visokih nikljevih materialov je v kompromisu med aktivnostjo in stabilnostjo. Povečanje vsebnosti niklja povečuje sposobnost deinterizacije litijevega iona, vendar lahko privede do propada strukture pozitivne elektrode - hitrost zadrževanja zmogljivosti 8 serijskih celic je običajno 10% nižja od stopnje 5 serijskih celic po 200 ciklih. Za rešitev te težave proizvajalci sprejmejo "monokristalni" postopek, da tradicionalne polikristalne delce naredijo v popolne enojne kristale, kar zmanjšuje mejne reakcije med delci. Življenjska doba enotne kristalne celice podjetja 9 serije je presegla 1500-krat, kar je 50% daljše od navadnih polikristalnih izdelkov.
Tehnologija površinskega premaza je kot dajanje "zaščitnih oblačil" na pozitivni elektrodni material. S pokritjem površine delcev s plastjo al ₂ o ⅲ ali lipo ⅲ filma lahko blokira elektrolitno erozijo, ne da bi to vplivalo na prevodnost litijeve ione. Preskusi so pokazali, da se stopnja razpadanja zmogljivosti 811 baterijskih celic (NI80% CO10% MN10%) po obdelavi prevleke zmanjša za 30% med visokotemperaturnim kolesarjenjem pri 60 stopinjah. Tehnologija modifikacije dopinga lahko poveča stabilnost kristalne strukture z uvedbo elementov, kot sta Mg in Zr. 92% visoka nikljeva baterijska celica, dopirana z MG, še vedno ohranja stopnjo zadrževanja zmogljivosti 85% po 1000 ciklih, kar presega povprečje v industriji 70%.
2 milimetrska raven procesa: natančna bitka v proizvodnem procesu
Visoki materiali za niklja so izjemno občutljivi na vlago, delavnica pa mora vzdrževati suho okolje z roso točko spodaj -40 stopinj, kar je 100 -krat bolj suh od zraka v puščavskih območjih. Ko vsebnost vlage preseže 50ppm, bo povzročila hidrolizo materiala, da proizvaja HF plin, korodira elektrode in povzroči otekanje celic. Vodilno podjetje uporablja tristopenjski sušilni sistem (rotacijska dehumidifikacija+vakuumsko peko+inertna zaščita plina) za nadzor vsebnosti vlage v materialih znotraj 10ppm, kar zmanjša hitrost napake baterijskih celic na manj kot 0,5%.
Napaka površinske gostote v procesu prevleke je treba nadzorovati znotraj ± 1%, sicer lahko prekomerna lokalna vsebnost niklja povzroči mikro kratka vezja. Proizvodna linija Ningde Times uporablja lasersko spletno odkrivanje za nadzor nihanja debeline elektrode znotraj 2 μm in sodeluje s servo motorji, da v realnem času prilagodi hitrost prevleke in s tem poveča donos visokih nikljevih baterijskih celic s 75% na 92%. Proces valjanja sprejme tehnologijo "gradientnega tlaka", pri čemer je robni tlak 10% nižji od središča, pri čemer se izogne razpadu visokih delcev materiala niklja. Gostota zbiranja elektrode lahko doseže 4,2 g/cm ³, kar je 8% večje od tradicionalnih procesov.
3 aplikacija, ki temelji na scenariju: način prilagajanja električnih vozil do shranjevanja energije
Dandanes so visoko nikljeve baterijske celice prodrle iz električnih vozil višjega cenovnega razreda do polja za shranjevanje energije. V baterijah za shranjevanje energije v gospodinjstvu 8 baterijskih celic serije s svojo prednostjo gostote energije zmanjšajo velikost omare za shranjevanje energije za 15%. Vendar pa proizvajalci za uravnoteženje stroškov pogosto sprejmejo hibridno raztopino za shranjevanje "visokega niklja+litijevega železovega fosfata" - z visokim nikljevim baterijskim celicam za hitro polnjenje in odvajanje čez dan in litijev železni fosfat za vzdrževanje osnovnega napajanja ponoči, dosegajo si uspešnost med zmogljivostjo in ekonomijo. Po sprejetju te rešitve je sistem za shranjevanje energije nemškega gospodinjstva znižal stroške električne energije za 0,1 evra na kilovatno uro in skrajšal obdobje povračila naložbe za 1,5 leta.
Na področju posebnih vozil je prikazana visoka zmogljivost visokih nikljevih baterij. Električni viličar, opremljen z 9 baterijskimi celicami, lahko podpira 1C hitro polnjenje (popolnoma napolnjeno v 1 uri), kar podaljša čas neprekinjenega delovanja na 8 ur, kar je 30% višji od tradicionalnih litijevih železovih fosfatnih baterij. Na področju dronov ima 21700 specifikacija visoka nikljeva valjasta baterija energijske gostote 280Wh/kg, kar omogoča čas vzdržljivosti za zaščito brezpilotnih dronov, ki presega 40 minut in poveča operativno učinkovitost za 25%.
Razvoj visoko nikljevih pozitivnih elektrod je v bistvu tehnična umetnost "natančne manipulacije" - želi si povečati energetski potencial nikljevih elementov, hkrati pa ukroti njihov "hud temperament" s spreminjanjem materiala in optimizacijo procesov. Z zrelostjo tehnologij, kot je kobalta brez visokih niklja in jedrne lupine, bo ta tehnika uravnoteženja potisnila litijeve baterije k večji gostoti energije in daljši življenjski dobi.