Применение токосъемников аккумуляторных батарей с электродами из медной пены третьего-поколения
Dec 01, 2025
Применение токосъемников аккумуляторных батарей с электродами из медной пены третьего-поколения
I. Техническая информация и болевые точки отрасли
1. Новый спрос на энергию стимулирует повышение производительности аккумуляторов
2. • Мировые продажи транспортных средств на новых источниках энергии растут в среднем на 30% в год (данные МЭА, 2023 г.), а электрические самолеты вступают в фазу коммерческих испытаний.
• Чтобы соответствовать требованиям по дальности действия, плотность энергии литий-ионных-батарей должна превышать 400 Втч/кг, однако традиционные жидкостные батареи сталкиваются со следующими узкими местами:
• Ограничения транспортировки Li+. Путь транспортировки Li+ внутри пористых электродов удлиняется с увеличением нагрузки на площадь, что приводит к снижению производительности быстрой-зарядки.
• Проблемы безопасности твердотельных-батарей: рост литиевых дендритов создает риск короткого-замыкания, а слишком высокая плотность тока на единицу площади усугубляет угрозу безопасности.
3. Ограничения традиционных токосъёмников
4.
• Медная фольга первого-поколения (TCC): структура без пор, перенос Li+ происходит только с одной стороны, что приводит к большому расстоянию диффузии (рис. 1).
• Композитные токосъемники второго-поколения. Несмотря на повышение механической прочности, недостаточная пористость ограничивает улучшение плотности энергии.
II. Технологические преимущества и прорыв в производительности медной пены
1. Инновационный дизайн трехмерной пористой структуры.
2. • Повышенная эффективность транспортировки Li+: пористая конструкция медного пеноматериала позволяет Li+ проникать как в токосъемник, так и в сепаратор, сокращая путь транспортировки на 50 % (рис. 1).
• Оптимизированная производительность: экспериментальные данные показывают коэффициент сохранения емкости 78,3% при зарядке 4C (Nature, 2023), что значительно выше, чем у традиционных токоприемников.
3. Механизм подавления дендрита лития в твердотельных-батареях.
4. • Эффект большой площади поверхности: медная пена имеет удельную площадь поверхности 50-100 м²/г, что снижает удельную плотность тока и снижает риск роста дендритов.
• Проверка ведущими компаниями. Лаборатории CATL и BYD уже использовали его для тестирования полу-твердотельных-батарей (публичный отчет в 2023 году).
5. Стабильность цикла и плотность энергии
6. • Буферизация механических напряжений: медная пена достигает 200% пластичности (стандарт ASTM), увеличивая срок службы на 30% (по сравнению с медной фольгой). • Потенциал плотности энергии: полу-твердотельные-батареи достигли измеренной плотности энергии 276 Втч/кг (2023 г.), что приближается к теоретическому значению для твердотельных-батарей.
III. Экономическая эффективность-Эффективность и прогресс индустриализации
Тип тока|Использование меди (тонн/ГВтч)|Плотность энергии (Вт/кг)
Медная фольга первого поколения|700|250-280
Композитный токосъемник второго поколения|250|300-320
Медная пена третьего поколения|100|350-380
1. Оптимизация затрат на материалы
2. • Использование меди сокращается на 70%, что приводит к снижению затрат примерно на 420 миллионов юаней за ГВтч исходя из текущей цены на медь (80 000 юаней/тонну).
V. Заключение
Медная пена, являющаяся токосъемником третьего-поколения, благодаря своей пористой структуре, оптимизирующей пути транспортировки Li+ и однородности осаждения лития, является перспективным ключевым материалом для преодоления узких мест в производительности жидкостных и твердотельных-батарей. Хотя индустриализация все еще требует решения таких вопросов, как производительность и стоимость массового производства, ведущие компании ускоряют внедрение (например, план CATL по производству 1,5 ГВтч), и ожидается, что в 2026 году он вступит в стадию крупномасштабного применения.
