Care sunt tendințele de dezvoltare a bateriilor?

Bateriile ternare cu litiu, cunoscute și sub denumirea de „baterii cu litiu polimer ternar”, sunt baterii cu litiu care utilizează materiale cu catod ternar, cum ar fi oxidul de litiu nichel cobalt mangan (NCM) sau oxidul de litiu nichel cobalt aluminiu (NCA). Cobaltul, folosit în principal pentru a stabiliza structura stratificată a materialului și pentru a îmbunătăți performanța ciclului și a ratei, este un metal prețios indispensabil în bateriile ternare.

Costul a fost întotdeauna o piatră de poticnire în dezvoltarea pieței de vehicule noi cu energie. Ca componentă de bază a costurilor, „bateria de putere” a fost întotdeauna un punct de speranță pentru reducerea costurilor. Reducerea proporției și conținutului de cobalt în bateriile cu litiu ternare va reduce în mod corespunzător costul total al vehiculului, slăbind impactul fluctuațiilor prețului cobaltului asupra companiilor. Acest lucru va permite companiilor să treacă de la o abordare proactivă la una reactivă, ceea ce va aduce beneficii dezvoltării pieței de vehicule noi cu energie.

Bateriile-solide sunt un tip de tehnologie a bateriilor. Spre deosebire de bateriile cu litiu-ion și polimer-litiu utilizate în mod obișnuit, bateriile cu stare solidă-utiliză electrozi solizi și electroliți solizi.

Deoarece comunitatea științifică consideră că bateriile cu litiu-ion și-au atins limitele, bateriile cu stare solidă-au fost văzute recent ca un potențial succesor al bateriilor cu-litiu. Tehnologia bateriilor cu litiu în stare solidă folosește un compus din sticlă din litiu și sodiu ca material conductor, înlocuind electrolitul bateriilor tradiționale cu litiu, îmbunătățind semnificativ densitatea de energie a bateriilor cu litiu.

Electroliții în stare solidă-au o fereastră de stabilitate electrochimică ridicată, permițându-le să fie utilizați cu materiale pentru electrozi de-înaltă tensiune pentru a crește și mai mult densitatea energiei bateriei. Electroliții în stare solidă au, de asemenea, rezistență mecanică ridicată, suprimând eficient penetrarea dendritei de litiu în timpul ciclării bateriei, făcând posibilă utilizarea litiului metalic, care are o densitate teoretică mare de energie, ca material pentru electrodul negativ. Un dezavantaj al electroliților în stare solidă (o provocare actuală de dezvoltare) este rezistența de contact solid-solidă extrem de ridicată dintre electrod și electrolit.

Bateria blade este un concept de design complet nou, care utilizează celule lungi în timp ce elimină stadiul de modul intermediar, integrând direct celulele în sistemul de baterii. Acest lucru reduce efectiv greutatea și costurile, similar cu tehnologia CTP (Cell-to-Pack) de la CATL. Între timp, designul structurii bateriei BYD împrumută principiul plăcilor de aluminiu tip fagure, folosind adeziv structural pentru a fixa celula bateriei între două straturi de plăci de aluminiu, permițând celulei în sine să acționeze ca o componentă structurală pentru a crește rezistența generală a sistemului.

(Baterie tradiționale pătrate VS baterii Blade)

Produsul companiei C are 148 mm lungime, 79 mm grosime și 97 mm înălțime, cu o structură internă spiralată, asemănătoare unei cărămizi. Celula bateriei cu lame are 960 mm lungime, 13,5 mm grosime și 90 mm înălțime, cu o structură internă stivuită. Forma sa lungă și subțire seamănă cu o lamă, de unde și numele „baterie cu lame”.

Procesul de stivuire implică tăierea electrozilor pozitivi și negativi în bucăți mici, stivuirea lor cu un separator pentru a forma celule de baterie mici și apoi stivuirea și conectarea acestor celule mici în paralel pentru a forma o celulă mare de baterie. Acesta este un proces de fabricare a celulei bateriei Li-ion.

De exemplu, bateriile cu litiu pungi se bazează pe „stivuire”, cum ar fi o stivuire în formă de „Z”{0}}. Mai întâi, materialele electrodului pozitiv și negativ sunt tăiate în foi dreptunghiulare de aceeași dimensiune, apoi stivuite pe un separator. Separatorul rulează în formă de „Z” între electrozi, separându-i și, în cele din urmă, este învelit în ambalaj de aluminiu-plastic.

ACEY-SSM-CMașină de stivuire bateriieste un dispozitiv care poate fi aplicat procesului de stivuire a pieselor de stâlp a bateriei litiu-ion. Procesul de încărcare manuală a filmului, corecția ulterioară a poziției piesei polare și laminarea se încheie automat, ceea ce are caracteristicile unei eficiențe ridicate de laminare și o precizie ridicată.

Procesul de stivuire este complex, în principal datorită tăierii foilor de electrozi și a separatorului. Cu toate acestea, randamentul de tăiere a foii electrodului este scăzut și este dificil să se mențină o consistență ridicată în calitate (-secțiune transversală, bavuri etc.), iar precizia de aliniere este insuficientă. Acest lucru impune cerințe mari asupra calității procesului de fabricație. Acesta este motivul principal pentru care bateriile stivuite nu s-au răspândit pe scară largă.

Tehnologia CTP, prescurtare de la Cell To Pack, elimină designul modulului, integrând direct celulele într-un pachet de baterii, care este apoi integrat în podeaua vehiculului ca parte a componentelor structurale generale.

Această abordare reduce cantitatea de material folosită în modul însuși, cum ar fi plăcile laterale, plăcile de capăt (componente structurale ale modulelor) și grinzile (structuri de susținere a pachetului de baterii) care au fost utilizate inițial pentru separarea și conectarea modulelor. Acest lucru simplifică foarte mult structura generală a bateriei, eliberează spațiu, permite creșterea capacității acumulatorului de aceeași dimensiune și reduce greutatea acumulatorului, crescând astfel densitatea energiei bateriei și reducând costurile.

Tehnologia CTP are în prezent două abordări diferite. Există două abordări principale: În primul rând, eliminarea completă a modulelor, exemplificată de Blade Battery de la BYD; iar în al doilea rând, integrarea modulelor mici în module mari, reprezentate de tehnologia CTP a CATL.

Baterie BYD Blade vs. CATL CTP

Tehnologia CTC, prescurtare de la Cell to Chassis, a fost descrisă de Zeng Yuqun, președintele CATL, la China Automotive Blue Book Forum, după cum urmează: „Această tehnologie integrează celula bateriei și șasiul și integrează în continuare motorul, sistemul de control electronic și componentele de înaltă{0}}tensiune ale vehiculului, cum ar fi convertoarele DC/DC și OBC-urile printr-o arhitectură inovatoare de distribuție a energiei și, de asemenea, optimizează consumul de energie și optimizează domeniul energetic. controlerul CTC va permite vehiculelor cu energie noi să concureze direct cu vehiculele pe benzină în ceea ce privește costul, să ofere mai mult spațiu pentru pasageri și să îmbunătățească accesibilitatea șasiului.

Într-un sens, CTC poate fi înțeles ca o extensie suplimentară a CTP. Miezul său constă în eliminarea modulului și a procesului de ambalare, integrând direct celula bateriei pe șasiul vehiculului, obținând un grad mai ridicat de integrare.

Tehnologia tradițională vs. CTP vs. CTC

Apariția CTC depășește limitele PACK (tehnologia pack) și implică direct șasiul vehiculului, cea mai critică componentă de bază a întregului vehicul. Reprezintă un avantaj de bază acumulat de OEM prin dezvoltarea-pe termen lung și este ceva dificil de dezvoltat independent pentru companiile de baterii/companiile specializate PACK. Prin urmare, unii furnizori de baterii planifică acum dezvoltarea șasiului.

La evenimentul Giga Fest desfășurat la fabrica sa din Berlin anul trecut, Tesla și-a prezentat soluția 4680 Structural Battery (CTC)-pachetul de baterii 4680 elimină designul modulului, cu celulele dispuse dens în șasiul vehiculului. Capacul bateriei servește două funcții de etanșare a bateriei și a podelei vehiculului, iar scaunele pot fi montate direct pe acumulatorul.

De la baterii cu stare-cobalt și solidă-la baterii blade, procese de stivuire și acum tehnologii integrate precum CTP/CTC, dezvoltarea actuală a tehnologiei bateriilor prezintă o temă principală clară: urmărirea densității energetice maxime, costuri mai mici și eficiență mai mare a integrării, asigurând în același timp siguranța.

Aceste tehnologii nu există izolat, ci sunt împletite și evoluează împreună. De exemplu, tehnologia fără-cobalt urmărește să rezolve problema blocajului a costurilor materiilor prime; bateriile cu stare solidă-sunt văzute ca soluție de-generație următoare pentru a depăși blocajele densității și siguranței energiei; bateriile cu lame și procesele de stivuire inovează din perspectiva structurii celulelor și a producției; Tehnologia CTP/CTC redefinește relația dintre baterii și vehicule din perspectiva integrării sistemului și este un pas revoluționar pentru îmbunătățirea eficienței pachetului și optimizarea designului vehiculului.

Contactați acum