IBC電池技術的案例
硬核分析：IBC電池技術的誕生
IBC電池技術是指一種背結背接觸的太陽電池結構，其正負金屬電極呈叉指狀方式排列在電池背光面。
光伏大變局，TOPCon、HJT、IBC三個技術路線誰最強？
本文分析了HJT、TOPCon、IBC三種光伏電池技術路線的競爭力，以及新電池技術會帶來怎樣的產業鏈變化，并總結出技術變革期的投資思路。
核心結論為：短期TOPCon與P型IBC具有優勢，中期TOPCon、HJT、IBC或將共存，長期預計將往TBC&HBC轉型；新技術變化下，較看好設備、電池組件、銀漿&銀粉。
1）三大電池新技術未來的競爭力如何判斷——效率與成本的平衡
緣起：21年PERC量產平均效率23.1%逼近其理論極限24.5%。N型硅片在少子壽命等方面具有天然優勢，效率極限更高。
技術原理：光伏電池核心結構為PN結和電極，效率損失主要分為光學和電學損失，HJT&TOPCon降低電學損失，IBC降低光學損失。
效率：IBC（疊加）>TOPCon（雙面）>HJT
TOPCon：實現了無需開孔的鈍化接觸，未來可升級POLO結構，雙面TOPCon理論極限可達28.7%。
HJT：晶體硅/非晶硅異質結形成PN結，在晶體硅與非晶硅之間鍍制有本征非晶硅鈍化膜，理論極限可達28.5%。
IBC：電極放在背面減少光照遮擋損失，并且使用隧穿氧化層做電子傳輸，未來可疊加TOPCon或HJT技術，疊加后效率上限可達29.1%。
展開 新能源電池技術之固態電池
不論是新能源車或儲能設備，最重要的關鍵零部件之一就是電池，這幾年電池行業的一項挑戰就是拉高能量密度、追求更安全的方式，不論是嘗試新的正極、負極材料；或是提高鎳錳鈷（NMC）三元電池鎳的比重；也有人致力于研發不同于傳統鋰電池的技術，像是使用氫燃料電池的氫能源車。而固態電池（Solid-State Battery）就是被視為是下世代的電池技術。
1.什么是固態電池？
全固態電池到底是一種什么樣的技術？
如果通俗地講，全固態電池就是里面沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態形式存在的電池。
而考慮到現在人們日常生活中最為常見的電池為鋰離子電池，我們在這里將默認把“全固態鋰離子電池”當做全固態電池的代表（暫時忽略全固態鋰硫等新型電池）。
一般來說，鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成，其中電解液使得電流可以在電池內部以離子形式傳導。
電解液技術是鋰電池的核心技術之一，也是現在電池工業中利潤很高的一個組成部分。
鋰離子電池的結構示意圖
其中Li+（鋰離子）在內電路中，通過電解質（electrolyte）傳導
但是鋰電池用久后有的會鼓脹，而在更極端的小概率事件下，有的甚至會發生危險（比如近來的扭扭車的電池爆炸事件，導致了相關的生產企業和電池企業遇到了全面的困難）。
另外一般來說，現在的鋰離子電池的工作溫度范圍有限，在40 度以上的高溫下壽命會急劇縮短，安全性能會也出現很大的問題（所以特斯拉MODEL S會有一套嚴格的電池溫控系統，就是為此）。
實際上，以上所說的幾個安全方面的問題都是與我們現在電池用的有機體系的電解液直接相關的。
而為了解決電池安全問題，提高能量密度，目前科研界和工業界都在研發以及生產全固態電池，也就是把傳統的鋰離子電池的隔膜和電解液，換成固態的電解質材料。
展開 本田研發出新電池技術 能量密度是鋰離子電池10倍
據汽車新聞網站Left Lane News報道，本田一科學家團隊表示已經研發出了一種新型電池技術，能量密度是鋰離子電池技術的10倍以上，今后新技術可以代替鋰離子電池，成為電動汽車能量來源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進實驗室（Jet Propulsion Lab）的科學家們周四宣布，他們研發出了一種更為溫度穩定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術。新技術生產的電池不僅是當前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應環境。
氟化物離子電池技術其實并不是新技術，但是本田及其合作伙伴研發出了該技術的一種更為穩定版本。先前的氟化物離子電池技術的運行溫度需要超過300度；而本田研發的氟化物離子電池技術在室溫條件下即可有效運轉。此外，技術所需的原料可以從土地中直接提取，環境影響非常小。
本田研究所首席科學家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術提供了一種前景可觀的全新電池化學技術，其能量密度要比現有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔心過熱的問題，對原料提取也沒有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環境影響非常的小。”
雖然技術還需要繼續改進，但是本田認為氟化物離子電池技術將是未來技術，可以應用于電動汽車以及其他更小的能源產品。
來源：網易汽車
展開 
新型電動汽車電池技術問世！ 可將電池能量密度提高2倍成本降一半
蓋世汽車訊 據外媒報道，當地時間6月10日，電動汽車電池技術領導者OneD Battery Sciences宣布推出一項可為下一代電動汽車電池提供動力的突破性技術——SINANODE。對于電動汽車行業而言，打造含有更多硅的電池一直是一個挑戰，而SINANODE無縫集成至現有的生產工藝中，讓硅納米線與商用石墨粉末融合，將電池陽極的能量密度提高了兩倍，但是將每kWh的成本降低了一半。能量密度更高可以讓電池的續航更長，而納米線能夠縮短充電時間，讓OEM設計和生產出滿足了人們對搭載更好電池的電動汽車的需求。
OneD Battery Sciences的logo（圖片來源：OneD Battery Sciences）
在過去三年中，美國、歐洲和亞洲的石墨供應商、電池制造商和電動汽車制造商已經對SINANODE進行了測試，將該技術應用于電動汽車電池陽極中的電動汽車級石墨中，發現了以下好處：
續航和電池壽命都得到增長——SINANODE成功將硅納米線融合至多個供應商的商用石墨粉末中，將陽極的比容量提高了2倍（容量大于1000 mAh/g，單位重量所能存儲的能量）。然后，該款SINANODE陽極材料與石墨相混合，達到了較高的初始庫倫效率（大于92%，放電容量與充電容量之百分比），在1000次以上的充放電循環中的陽極比容量高于目前所有的先進量產電池。
成本降低——SINANODE在多個供應商提供的商用生產化學氣相沉積（CVD）設備的基礎上研發而來，只是用了大量的硅烷和氮氣，成本極其具有吸引力。
展開 寧德時代 CTP 技術、 比亞迪刀片電池技術、蜂巢能源疊片技術解析
電池企業工藝改進有方，電池價格仍有下降空間
2010
年到
2019
年，從電池組整體來
看，鋰離子電池的價格已經從
1100
美元
/
千瓦時降低到了
156
美元
/
千瓦時，降幅
高達
87%
。預計到
2023
年，每千瓦時的單價有望降低至
100
美元。
電池廠商在電池降本上主要從原材料、設備和人力成本三個方面發力。原材
料方面主要依靠技術路線升級、供應鏈整合等方式降本，設備方面主要為國產化
后折舊費用降低，人力方面主要為人工效率提升、管理效率提升等。
國內電池廠商在工藝的改良方面做出了諸多努力。工藝及裝備的改進、電池
良品率的提升、更精簡的電池設計能夠有效降低成本，如寧德時代的
CTP
技術、
比亞迪的刀片技術、蜂巢能源的疊片技術。
1. 寧德時代 CTP 技術
在德國法蘭克福國際車展上，寧德時代推出了全新的
CTP
高集成動力電池開
發平臺（
Cell To Pack
），即電芯直接集成到電池包。
圖 寧德時代 CTP 技術
由于省去了電池模組組裝環節，較傳統電池包，CTP 電池包體積利用率提高了 15%-20%，電池包零部件數量減少 40%，生產效率提升了 50%，電池包能量密度提升了 10%-15%，可達到 200Wh/kg 以上，將大幅降低動力電池的制造成本。
2. 比亞迪刀片電池技術
比亞迪的刀片電池即長電芯方案（主要指方形鋁殼），是一種通過增大電芯的長度（最大長度與電池包寬度相當），將電芯扁長化設計，來進一步改進電池包集成效率的技術。該技術可以基于不同需求可形成不同尺寸的一系列電芯。
比亞迪的“刀片電池”技術有望將磷酸鐵鋰的應用空間再次大幅提升。
展開 COMSOL鋰電池技術仿真與應用(九)鋰電池電-熱-力-相全耦合模型搭建與應用
紐曼模型框架
紐曼模型（Newman model）是用于描述鋰離子電池內部電化學和傳輸過程的一種數學模型。該模型以電池的正負極為基礎，通過一組偏微分方程來描述電池內部的電流、電壓和鋰離子濃度分布等關鍵參數。這個模型的主要目標是理解電池的性能和響應，以優化電池設計和管理。
以下是紐曼模型中的主要元素和方程：
電極反應：模型考慮了正負極的電化學反應。在正極，鋰離子從電解質中遷移到正極材料，發生氧化反應。在負極，鋰離子從正極材料脫嵌并進入負極材料，發生還原反應。
擴散：模型考慮了鋰離子在電解質中的擴散過程，其中Fick's第一定律用于描述鋰離子濃度梯度對擴散速度的影響。這包括正極和負極內的擴散。
電解質導電性：模型考慮了電解質的離子導電性，其中Ohm's Law用于描述電流與電場強度之間的關系。這部分描述了電池中的電流分布。
極化：模型還包括了由于電池材料的不完美和非均勻性而導致的極化效應。這些效應包括極化電阻、濃差極化等，會影響電池的性能和響應。
紐曼模型的具體數學方程因電池類型和設計而異，通常需要進行一些假設和簡化來使問題變得可行。紐曼模型中將復雜的電化學行為分為兩個相，液態電解質相和固態電極相，共由五個微分方程組成。這五個微分方程的作用示意圖如下。
展開 復陽固態儲能科技顏輝：薄膜全固態電池技術：輕薄可彎曲的高可靠電子紙電池解決方案
（一次性電池、可充電電池、超級電容器性能對比）
復陽固態儲能科技（溧陽）有限公司自主研制的亞毫米薄膜型全固態二次可充電池(簡稱薄膜全固態電池)是在傳統可充電鋰電池的基礎上發展起來的一種新型可充電全固態鋰電池，關鍵材料主要包括正極、全固態電解質和負極。
（普通鋰電池和全固態鋰電池材料對比）
全固態鋰電池可以制備柔性電池和薄膜電池，在3C產品設計中得到更快的應用。目前，復陽固態擁有整套電化學薄膜核心技術，公司自主研制的薄膜全固態電池擁有多項技術專利，有效解決目前市售鋰電池的安全性問題，可應用于薄膜電池供電的智能卡/標簽、醫療植入裝置電源、智能隱形眼鏡電源、IoT終端電源、柔性電路等領域。此外，高溫性能加速了薄膜全固態電池在特殊應用中的應用，如植入式和智能醫療設備、無線傳感器、航天航空等應用具有巨大的潛在市場。
（IoT終端電源）
現今，在雙碳大戰略背景下，國家鼓勵和支持綠色科技助力企業低碳數字化轉型，電子紙產業蓬勃發展，自2018年以來一路高速成長并逐漸走向成熟，電子產業生態已經初具規模。在其領域中，儲能器件作為不可或缺的一部分，薄膜全固態電池有著巨大的優勢，特別在電子紙領域應用中薄膜全固態電池“薄”“安全”“可充電”的特性發揮到了極致：
①在ESL場景中，薄膜全固態電池（10μm~1mm）貼合/集成于電子紙模組上/某層，減小厚度（一次性CR2450，厚度2.4mm）。可將電子紙、太陽能深度集成，與電子紙模組共用封裝（防水氧層），進一步減小厚度。
②面對有柔性需求的產品，薄膜全固態電池可薄至（10μm~1mm）、并且可彎曲。
（柔性可彎曲電子屏）
③對安全性要求比較高的民航電子紙行李標簽中，薄膜全固態電池不起火、不爆炸、不漏液確保安全。
展開 考泰斯-德事隆在中國投資輕量化電池技術 比鋼和鋁電池系統輕50%
最近，該公司收購了一條包括5500噸壓力機（press）在內的直接長纖維熱塑性成型生產線，用于生產其最新的汽車創新產品——Pentatonic創新電池系統。
（圖片來源：kautex）
Pentatonic是一種輕型、可定制電池系統，適用于混合動力和純電動汽車。該系統用熱塑性復合材料或混合式復合金屬材料制成，比起鋼或鋁電池系統要輕50%。
通過一站式生產工藝，可以將結構和熱管理組件直接集成至塑料殼體中，從而簡化材料清單，并減少對額外制造步驟的需求。與鋼和鋁系統相比，二次操作(如焊接和鉚接)更少，從而縮短了周期，同時提供更好的密封性。
新平湖生產線的客戶抽樣活動，預計將于2022年第二季度開始。
Pentatonic產品開發總監Felix Haas表示：“我們準備在中國設計和生產電池系統，增加這條新生產線，是其中的關鍵一步。我們在中國的投資是對公司戰略的明確承諾，即成為新興電動汽車行業的強大參與者。”
-END-
展開 技術 | 晶體硅太陽能電池的未來焊接技術
導電膠工藝如果一旦應用于晶體硅太陽能電池的焊接中，將會帶來以下顯著優點：減少電池破片、翹曲和虛焊等問題，可以低溫處理（180 ℃以下），無鉛工藝，工作效率可以和自動串焊機相同，可進一步減薄電池片的厚度。
結論
目前晶體硅太陽能電池的焊接主要采用的還是傳統的手工焊或是自動焊接，以上三種焊接工藝的應用較少。自動化程度、好的焊接效果、低的碎片率和較低的焊接成本是制約它們應用的關鍵。晶體硅太陽電池的焊接作為電池片封裝過程中最重要的一道工序，焊接的溫度、焊帶、助焊劑的選擇和包括電池片本身的質量都直接影響到焊接的效果和組件的生產成本。隨著公眾對綠色環保能源需求的增大和晶體硅電池片的厚度的減薄和面積增大的必然趨勢，無鉛焊接和自動焊接必將成為以后焊接技術的發展趨勢；而在保證焊接效果和控制好成本的前提下，新型的無接觸的焊接技術如激光焊接等也會越來越多地應用于晶體硅太陽能電池的焊接工藝。
□ END □
本文來源于《中國設備工程》
作者：朱星星
由焊接技術整理發布，
如有異議，請聯系我們
展開 技術分享 | 現代燃料電池汽車NEXO技術分析
NEXO采用的三個相同的儲氫罐設計，不但意味著NEXO儲氫系統的儲氫能力稍有提升，同時也使其布局更加靈活方便，既可以與電池等系統配合為后備箱騰出更大的空間，設計更規整的內部形狀，又能大幅度降低整個系統的制造難度；NEXO的儲氫罐使用了一種具有優異抗滲性的新材料，通過高壓氣體釋放裝置來滿足可燃性要求，當火焰接觸罐的任何部分而不只是釋放裝置時，它立即釋放所有氫。該罐體還具有耐火性，可以承受超過一個小時的火災，以保障發生事故時及時疏散。
10、總結
文章介紹了燃料電池NEXO車輛的整車、系統的基本特點和工作原理，談不上深度，只為行業愛好者普及一下先進燃料電池車輛基本知識。其實有這種想法也是看到一汽技術人員在《汽車文摘》發表的“豐田燃料電池汽車Mirai技術分析”后，感覺應該把NEXO車輛的技術特點總結一下。其實無論是豐田Mirai也好，還是現代NEXO也罷，其技術先進程度遠遠領先我國，尤其是在細節的設計上。也許這是一個系統的工程，氫燃料的安全性太重要了，國外幾臺車不僅在電堆技術有獨特之處，在整車布置、安全等方面也是全面考慮。國家能源局綜合司把氫能列入可再生能源發展“十四五”規劃，可見燃料電池車未來還是很值得期待的。
展開 
技術 | 不同電池基底上鋰鈉合金通用焊接策略技術解析
圖三：固態對稱電池的電化學測試。
a) EIS阻抗圖；
b) 循環前和循環過程中的EIS阻抗圖；
c) 鋰錫/石榴石/鋰錫對稱電池在嵌入-脫出循環中的電壓分布圖。
圖四：嵌鋰-脫鋰過程中鋰錫/石榴石/鋰錫對稱電池的形態和表面表征。
a) 對稱電池的示意圖；
b) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
c) 鋰錫合金涂覆石榴石后再嵌鋰的SEM截面圖；
d) c圖中的EDS圖；
e) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
f) 鋰錫合金涂覆石榴石后再脫鋰的SEM截面圖；
g) f圖中的EDS圖。
圖五：不同基底上熔接的合金。
a) 有良好浸潤性的二元合金XRD圖；
熔融鋰熔接在b)鈦箔和c)聚酰亞胺薄膜上；
d) 熔融鈉在氧化鋁基底上；
熔融鋰錫合金涂覆在e)鈦箔和f)聚酰亞胺薄膜上；
g) 熔融鈉錫合金熔接在氧化鋁基底上。
【小結】
通過在熔融鋰和鈉中添加合金成分，進行了表面能和負極粘性的調控，因此可以直接熔接合金在不同的基底上。鋰錫合金能夠在10s內熔接在石榴石SSEs的表面并有良好的緊密接觸。這種合金能有效減少石榴石相SSE的表面阻抗直至7Ωcm2。電化學測試證實了表面和合金電極在長時間和高容量測試中的穩定性。為了探究該合金基熔接技術的用途廣泛性，其他鋰二元合金亦有研究，在金屬、陶瓷和聚合物基底上也展示了類似的浸潤性。并且，該熔接技術可以遷移到熔融鈉合金體系中，鈉錫合金也被成功涂覆在氧化鋁基底上。
來源：焊接技術公眾號，版權歸作者所有。
展開 電池殼成形技術研究
開發新型電池外殼
德國西格里碳素公司(SGL Carbon)宣布，已與中國汽車制造商蔚來(NIO)達成合作，前者將為后者研發碳纖維增強型塑料(CFRP)電池外殼原型，該電池外殼比傳統的鋁或鋼制電池外殼輕40%，具有高剛性，而且比鋁的熱導率低200 倍。該電池外殼特別輕、穩定且安全，整個電池盒包括電池可以在蔚來換電站三分鐘內完成更換。
消減電池成本，增加電池能量密度
大眾宣布2030年電池技術和充電技術路線規劃：將電池成本削減到50%，同時做好磷酸鐵鋰、高猛、鎳鈷錳和固態電池的技術布局。公司計劃的電池成本縮減分布：優化電池設計減少15%，生產環節(干電極技術)減少10%，正負極材料減少20%，電池系統集成優化(CTP，CTC)減少5%,合計降低50%(圖8)。該公司計劃到2030 年將80%電池統一為同一型號，達到電池一致性和模塊化組，大眾的目標是通過這種電池的普及，簡化生產，增強規模效益，節約成本，使電池成本下降50%。
圖8 大眾2030 年電池技術
增加安全性
電池除了成本和續航里程是用戶關心的重點之外，電池安全性也已列入電動汽車重點要解決的問題。寧德時代開發的811 三元電池系統，可輕松通過電池發熱測試，時間不是5 分鐘，而是永遠不起火，這將是電動汽車高速增長的法寶。韓國造出最薄光伏電池，厚度為頭發直徑百分之一。
綜上所述，不管是三元鋰電技術路線還是磷酸鐵鋰技術路線，電池技術的發展影響電池殼成形技術。因此，電池殼成形技術要緊隨電池發展，在材料、模具、設備、工藝、控制技術和回收等各個方面下功夫，并健全電池殼全生命鏈。
展開 CAE技術在電池領域的應用
很欣喜的發現在作為新四化之一的電動化之中，電池的安全問題及續航問題成為制約電動化技術發展的頭號公敵。而在這兩大問題之中，竟都還有CAE的用武之處：以CAE技術復現電池使用中的各種極端場景，提前采取措施保證電池的使用安全；然后在保證安全的前提下，以輕量化手段優化電池包結構提升電動汽車的續航能力。
那么，我們從CAEer的視角來看看，我們能為此干些啥吧。或者換個說法，電池開發過程中，具體有哪些問題是需要CAE技術來解決的。
1、靜剛度分析
靜剛度分析是CAE分析的一大分支，大致原理就是對物體施加一個載荷，看物體有多大變形。具體到電池包，衍生出一個工況，稱為4g強度。需要約束電池包所有的安裝點，分別對電池包施加X/Y/Z三個方向的加速度，大小為4g，這個工況考察的是電池包系統本身的結構強弱，因此結果也是要求，電池包在這種情況下不能出現零件斷裂，保護電池包系統的結構在車輛在失重狀態下的安全性。
2、動剛度分析
動剛度分析也稱模態分析，這是一般結構分析的基本工況。用來考察電池包的本身結構特性-共振頻率，要求電池系統不能輕易的被激勵起共振現象，所以我們一般也會定義一個下限值，要求第一階模態不低于某個值，從而避免共振的發生，保護電池系統的結構在低階激勵（如發動機怠速激勵）的安全性。
3、隨機振動分析/疲勞分析
電池包有個測試試驗，叫隨機振動測試（GB31467.3-2015）。這個試驗也就是為了測試電池系統在某個功率譜密度的測試中是否會出現累積損傷，也是為了保護電池系統結構在長期使用中被各種外在激勵蹂躪后的安全性。
4、上蓋承重剛度分析
也稱為抗壓分析。電池包安裝在車底或者后備箱下面，電池包在生產、搬運、安裝、使用過程中，總是不可避免地會受到外在擠壓，尤其是上蓋。
展開 松下的動力電池技術路線
松下發布了一個電池技術路線和制造的視頻介紹《Evolution of Battery Technology and Manufacturing at Panasonic》。
在這個視頻里面，松下確定了一些有趣的內容：
松下確認動力電池開發的下一階段是轉向更大容量的電池，特斯拉所提出的4680 型（直徑為 46 毫米，高度為 80 毫米），也是松下認同的方向。目前開發正在進行中，松下后期將進行大資金的投資。
在正極材料方面，松下分了NCA和NCM兩條路線往高鎳方向走，負極往低成本高容量和低成本高功率的兩個方向再走。
在技術路線方面，松下是繼續采用自己的無鈷電池也在進行，性能和當前的NCA相當。
圖1 松下的迭代方向
目前從電池數量來看，松下還是制造動力電池的王者。一年能生產58億顆圓柱電池，方殼電池1.38億顆方殼電池。
圖2 松下的數據
這個數據是第一次看到，能明顯看到21700電池的快速上量，在2020年CY就快速接近甚至要有超過2170電池的勢頭。
圖3 松下的21700的起量
在MY2021年的版本中，松下對21700的電池容量進行升級，提升了5%的容量，如下所示。在2023年的方案中，還有20%的改進空間。
圖4 松下電芯的迭代
電池能量密度的提升并不是松下研發的唯一的目標，隨著總量需求的提升，松下目標是提高動力電池材料的可持續性（降低正極中的鈷含量）并降低成本。目前松下 NCA 電池的鈷含量低于 5%，該公司正在開發無鈷版本，基于原有的NCA和NCM兩條路線都在往前走。
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