摘要：本文深入探讨机械工程范畴中锂电池技能的立异与使用。详细阐述锂电池技能在资料体系、电池办理体系、制作工艺等方面的立异进展，剖析其在各类机械设备，如电动汽车、工业机器人、航空航天配备中的使用现状与优势，并结合实际事例说明使用作用。经过研讨，旨在为锂电池技能在机械工程中的进一步开展与广泛使用供给理论依据和实践参阅，推进机械工程职业的技能革新与可持续开展。

关键词：机械工程；锂电池技能；立异；使用

一、导言

在机械工程范畴，能源供应的安稳性、高效性和环保性至关重要。锂电池凭借其高能量密度、长循环寿数、低自放电率等优势，逐渐成为很多机械设备的理想电源。跟着科技的不断进步，锂电池技能在机械工程中的立异与使用也取得了明显成果，不只提高了机械设备的功能，还推进了整个职业向绿色、智能方向开展。深入研讨锂电池技能在机械工程中的立异与使用，关于促进机械工程职业的技能升级和可持续开展具有重要意义。

二、锂电池技能的立异进展

（一）资料体系立异

1.正极资料改进：传统的钴酸锂正极资料尽管具有较高的能量密度，但存在本钱高、安全性差等问题。近年来，三元资料（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等）得到了广泛研讨和使用。以宁德年代生产的镍钴锰酸锂（NCM811）资料为例，其镍含量较高，能量密度相较传统钴酸锂资料进步了约30%，到达210-230Wh/kg，可以为机械工程设备供给更持久的动力支撑。

2.负极资料革新：石墨是现在最常用的锂电池负极资料，但它的理论比容量有限。硅基资料因为具有极高的理论比容量（高达4200mAh/g，是石墨的10倍以上），成为研讨热点。不过，硅基资料在充放电进程中会发生较大的体积膨胀，导致电极结构损坏，循环功能下降。为解决这一问题，科研人员经过纳米化、复合化等手段对硅基资料进行改性。例如，比亚迪研发的硅-碳复合资料，在坚持高比容量的一起，有效改进了循环安稳性，经过1000次充放电循环后，容量坚持率仍能到达80%以上，为锂电池在机械工程中的高功能使用供给了可能。

（二）电池办理体系（BMS）立异

1.精准的电池状况监测：先进的BMS可以实时、精准地监测锂电池的电压、电流、温度等参数，并经过杂乱的算法精确预算电池的剩余电量（SOC）和健康状况（SOH）。例如，华为研发的BMS选用卡尔曼滤波算法，可以根据电池的动态特性对测量数据进行优化处理，将SOC的预算差错操控在3%以内，远低于职业平均的5%差错规范，为机械设备的操作人员供给更精确的电池信息，便于合理安排作业任务和充电方案。

2.智能的电池均衡操控：在锂电池组中，因为电池个体差异，会呈现电池不均衡现象，影响电池组的整体功能和寿数。德州仪器推出的新型BMS选用自动均衡技能，经过对电池组中各个电池的电量进行实时监测和调整，将电池之间的电压差操控在极小范围内（一般小于3mV，优于职业通常的5mV规范）。

（三）制作工艺立异

1.干法电极技能：传统的湿法电极制作工艺需要使用很多的有机溶剂，不只本钱高，并且对环境有必定污染。干法电极技能摒弃了有机溶剂，选用粉末直接涂覆的方式制备电极。如美国SilaNanotechnologies公司选用干法电极技能制备的锂电池，其能量密度比较湿法工艺进步了12%，一起生产进程愈加环保，契合机械工程职业对绿色制作的要求。现在，干法电极技能虽处于开展阶段，但已有部分企业开端小批量生产使用，估计未来5-10年市场份额将逐步扩大。

2.3D打印技能使用：3D打印技能在锂电池制作中的使用为电池结构设计和制作带来了新的思路。经过3D打印，可以制作出具有杂乱结构的电极和电池外壳，实现电池内部结构的优化，进步电池的功能和集成度。例如，英国的Faradair公司利用3D打印技能制作的多孔电极结构，可以有效添加电极与电解液的触摸面积，使电池的充放电功率进步了15%-20%，在一些对电池功能要求极高的机械工程设备，如高端无人机、特种工业机器人中具有宽广的使用远景。

三、锂电池技能在机械工程中的使用

（一）在电动汽车中的使用

1.提高车辆功能：锂电池作为电动汽车的核心动力源，明显提高了车辆的功能。以特斯拉Model3为例，2025款后轮驱动版搭载的三元锂电池组能量密度高达161Wh/kg，使车辆的续航路程可达600公里以上（NEDC工况），官方指导价为23.55万。其高功能全轮驱动版百公里加快时刻仅需3.3秒，满足顾客对高功能汽车的需求。

2.促进车辆智能化开展：锂电池与车辆的智能操控体系紧密结合，为电动汽车的智能化开展供给了支撑。经过BMS与车辆操控体系的通信，实现了对电池的智能办理和车辆的能量回收。在车辆制动进程中，电机转化为发电机，将车辆的动能转化为电能并储存到锂电池中，进步了能源利用功率，一起也减少了制动体系的磨损。

（二）在工业机器人中的使用

1.满足高负载、高精度需求：工业机器人在作业进程中需要频频启停和快速运动，对电源的能量密度和功率密度要求较高。锂电池可以满足这些需求，为工业机器人供给安稳、高效的动力支撑。

2.延伸机器人作业时刻：锂电池的长循环寿数和高能量密度，使得工业机器人可以在一次充电后持续作业更长时刻。例如，ABB公司的IRB6700型工业机器人，选用锂电池供电后，作业时刻比较传统铅酸电池延伸了2.5倍，减少了充电次数，进步了生产连续性。该机器人在满负荷作业状况下，可连续运转8-10小时，而使用铅酸电池时仅能运转3-4小时。

（三）在航空航天配备中的使用

1.减轻配备重量，进步续航才能：在航空航天范畴，重量是影响配备功能的关键因素之一。锂电池的高能量密度使其可以在供给相同能量的情况下，比传统电池重量更轻。例如，在民用无人机使用中，2023年全球民用无人机锂电池市场规模大约为88亿元（人民币），估计2030年将到达187亿元，年复合增长率（CAGR）为11.4%。

2.习惯杂乱环境，保障设备安稳运转：锂电池具有杰出的高低温功能，可以在航空航天配备所在的极端环境下安稳作业。在卫星等空间设备中，锂电池可以在低温、高真空等恶劣条件下正常充放电，为卫星的各种仪器设备供给牢靠的电力支撑，保障卫星的安稳运转。

四、定论

锂电池技能在机械工程中的立异与使用取得了丰硕成果，从资料体系到电池办理体系，再到制作工艺，都有明显的立异突破，并且在电动汽车、工业机器人、航空航天配备等多个范畴得到了广泛使用，极大地推进了机械工程职业的开展。然而，锂电池技能仍面对一些挑战，如进一步进步能量密度、降低本钱、提高安全性等。未来，跟着技能的不断进步和立异，锂电池技能有望在机械工程范畴发挥更大的作用，为职业的可持续开展注入新的生机。