Jakie są trendy rozwojowe akumulatorów?

Trójskładnikowe baterie litowe, znane również jako „trójskładnikowe baterie litowo-polimerowe”, to baterie litowe, w których zastosowano trójskładnikowe materiały katodowe, takie jak tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-manganowy (NCM) lub tlenek litowo-niklowo-kobaltowo-glinowy (NCA). Kobalt, używany głównie do stabilizacji warstwowej struktury materiału oraz poprawy wydajności cyklu i szybkości, jest niezbędnym metalem szlachetnym w bateriach trójskładnikowych.

Koszty zawsze były przeszkodą w rozwoju nowego rynku pojazdów napędzanych energią elektryczną. Jako główny składnik kosztów „akumulator mocy” zawsze był obiektem nadziei na redukcję kosztów. Zmniejszenie proporcji i zawartości kobaltu w trójskładnikowych bateriach litowych odpowiednio obniży całkowity koszt pojazdu, osłabiając wpływ wahań cen kobaltu na przedsiębiorstwa. Umożliwi to przedsiębiorstwom przejście z podejścia proaktywnego na reaktywne, co będzie korzystne dla rozwoju rynku pojazdów wykorzystujących nowe źródła energii.

Baterie półprzewodnikowe-to rodzaj technologii akumulatorów. W przeciwieństwie do powszechnie używanych akumulatorów litowo--jonowych i litowo-polimerowych, akumulatory półprzewodnikowe- wykorzystują stałe elektrody i stałe elektrolity.

Ponieważ społeczność naukowa uważa, że ​​akumulatory litowo-jonowe osiągnęły już swój limit, akumulatory półprzewodnikowe-zaczęto ostatnio postrzegać jako potencjalnego następcę akumulatorów litowo-jonowych. Technologia-stałych akumulatorów litowych wykorzystuje związek szklany składający się z litu i sodu jako materiał przewodzący, zastępując elektrolit tradycyjnych akumulatorów litowych, znacznie poprawiając gęstość energii akumulatorów litowych.

Elektrolity-w stanie stałym charakteryzują się wysokim oknem stabilności elektrochemicznej, co pozwala na ich stosowanie z materiałami elektrod-wysokonapięciowych w celu dalszego zwiększenia gęstości energii akumulatora. Elektrolity-w stanie stałym charakteryzują się również dużą wytrzymałością mechaniczną, skutecznie tłumiąc penetrację dendrytu litu podczas pracy akumulatorów, dzięki czemu możliwe jest użycie metalicznego litu, który ma wysoką teoretyczną gęstość energii, jako materiału elektrody ujemnej. Wadą elektrolitów-w stanie stałym (obecne wyzwanie rozwojowe) jest niezwykle wysoka rezystancja styku-ciała stałego pomiędzy elektrodą a elektrolitem.

Bateria typu blade to zupełnie nowa koncepcja konstrukcyjna, która wykorzystuje długie ogniwa, eliminując jednocześnie moduł pośredni, bezpośrednio integrując ogniwa z systemem akumulatorowym. Skutecznie zmniejsza to wagę i koszty, podobnie jak technologia CTP (Cell-to-Pack) firmy CATL. Tymczasem projekt konstrukcji akumulatora BYD opiera się na zasadzie aluminiowych płyt o strukturze plastra miodu, przy użyciu kleju strukturalnego do mocowania ogniwa akumulatora pomiędzy dwiema warstwami aluminiowych płyt, dzięki czemu samo ogniwo może działać jako element konstrukcyjny zwiększający ogólną wytrzymałość systemu.

(Tradycyjne baterie kwadratowe VS baterie typu blade)

Produkt firmy C ma 148 mm długości, 79 mm grubości i 97 mm wysokości, a jego wewnętrzna zwinięta konstrukcja przypomina cegłę. Ogniwo akumulatora ostrza ma długość 960 mm, grubość 13,5 mm i wysokość 90 mm, a jego wewnętrzna struktura jest ułożona warstwowo. Jego długi, cienki kształt przypomina ostrze, stąd nazwa „akumulator ostrza”.

Proces układania w stosy polega na pocięciu elektrod dodatnich i ujemnych na małe kawałki, ułożeniu ich za pomocą separatora w celu utworzenia małych ogniw akumulatora, a następnie ułożeniu i połączeniu tych małych ogniw równolegle w celu utworzenia dużego ogniwa akumulatora. Jest to proces produkcji ogniw-liowo-jonowych.

Na przykład etui na baterie litowe opiera się na „układaniu” na przykład w kształcie litery „Z”-. Najpierw materiały elektrody dodatniej i ujemnej są cięte na prostokątne arkusze tego samego rozmiaru, a następnie układane na separatorze. Separator biegnie w kształcie litery „Z” pomiędzy elektrodami, oddzielając je, a na koniec jest owinięty w aluminiowe-plastikowe opakowanie.

ACEY-SSM-CMaszyna do układania akumulatorówto urządzenie, które można zastosować w procesie układania w stosy biegunów baterii litowo-jonowych-. Proces ręcznego załadunku folii, późniejszej korekty położenia nabiegunników i laminacji przebiega automatycznie, co charakteryzuje się dużą wydajnością laminacji i dużą dokładnością.

Proces układania jest złożony, głównie ze względu na cięcie arkuszy elektrod i separatora. Jednak wydajność cięcia arkusza elektrody jest niska i trudno jest utrzymać wysoką stałą jakość (-przekrój poprzeczny, zadziory itp.), a dokładność wyrównania jest niewystarczająca. Stawia to wysokie wymagania jakości procesu produkcyjnego. Jest to główny powód, dla którego akumulatory piętrowe nie stały się powszechne.

Technologia CTP, skrót od Cell To Pack, eliminuje konstrukcję modułową, bezpośrednio integrując ogniwa w zestaw akumulatorów, który następnie integruje się z podłogą pojazdu jako część ogólnych elementów konstrukcyjnych.

Takie podejście zmniejsza ilość materiału użytego w samym module, takiego jak płyty boczne, płyty końcowe (elementy konstrukcyjne modułu) i belki (konstrukcje wsporcze pakietu akumulatorów), które pierwotnie były używane do oddzielania i łączenia modułów. To znacznie upraszcza ogólną strukturę akumulatora, uwalnia miejsce, pozwala na zwiększenie pojemności akumulatora o tej samej wielkości i zmniejsza wagę akumulatora, zwiększając w ten sposób gęstość energii akumulatora i redukując koszty.

Technologia CTP ma obecnie dwa różne podejścia. Istnieją dwa główne podejścia: Po pierwsze, całkowita eliminacja modułów, na przykładzie baterii Blade Battery firmy BYD; po drugie, integracja małych modułów w duże moduły, reprezentowana przez technologię CTP firmy CATL.

Bateria BYD Blade kontra CATL CTP

Technologia CTC, skrót od Cell to Chassis, została opisana przez Zeng Yuquna, prezesa CATL, na China Automotive Blue Book Forum w następujący sposób: „Technologia ta integruje razem ogniwo akumulatora i podwozie, a także dodatkowo integruje silnik, elektroniczny system sterowania i komponenty wysokiego-pojazdu, takie jak przetwornice DC/DC i OBC, dzięki innowacyjnej architekturze. Optymalizuje również dystrybucję mocy i zmniejsza zużycie energii dzięki inteligentnemu kontrolerowi domeny mocy. CTC umożliwi nowym pojazdom energetycznym bezpośrednie konkurowanie z pojazdami benzynowymi na rynku pod względem kosztów, zapewnienia większej przestrzeni pasażerskiej i poprawy przejezdności podwozia”.

W pewnym sensie CTC można rozumieć jako dalsze rozszerzenie CTP. Jego istota polega na wyeliminowaniu modułu i procesu pakowania, bezpośrednio integrując ogniwo akumulatora z podwoziem pojazdu, uzyskując wyższy stopień integracji.

Technologia tradycyjna vs. CTP vs. CTC

Pojawienie się CTC przełamuje ograniczenia PACK (technologii pakietów) i bezpośrednio dotyczy podwozia pojazdu, najważniejszego podstawowego elementu całego pojazdu. Stanowi podstawową przewagę zdobytą przez producentów OEM w wyniku-długoterminowego rozwoju i jest czymś, co trudno jest niezależnie rozwijać firmom zajmującym się akumulatorami/specjalistycznym firmom PACK. Dlatego niektórzy dostawcy akumulatorów planują obecnie rozwój podwozia.

Na zeszłorocznej imprezie Giga Fest, która odbyła się w jej berlińskiej fabryce, Tesla zaprezentowała rozwiązanie 4680 Structural Battery (CTC)-zestaw akumulatorów 4680 eliminuje konstrukcję modułową, a ogniwa są gęsto rozmieszczone w podwoziu pojazdu. Pokrywa akumulatora spełnia podwójną funkcję: uszczelnia akumulator i podłogę pojazdu, a siedzenia można montować bezpośrednio na akumulatorze.

Od akumulatorów-bezkobaltowych i półprzewodnikowych-po akumulatory ostrza, procesy układania w stosy, a teraz zintegrowane technologie, takie jak CTP/CTC, obecny rozwój technologii akumulatorów ma jasny główny temat: dążenie do maksymalnej gęstości energii, niższych kosztów i wyższej wydajności integracji przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa.

Technologie te nie istnieją osobno, ale są ze sobą powiązane i ewoluują razem. Na przykład technologia-bezkobaltowa ma na celu rozwiązanie problemu wąskiego gardła w postaci kosztów surowców; akumulatory-półprzewodnikowe są postrzegane jako rozwiązanie-nowej generacji, które ma przełamać wąskie gardła w zakresie gęstości energii i bezpieczeństwa; akumulatory ostrza i procesy układania w stosy są innowacyjne z punktu widzenia struktury ogniw i produkcji; Technologia CTP/CTC na nowo definiuje relację pomiędzy akumulatorami i pojazdami z punktu widzenia integracji systemów i stanowi rewolucyjny krok w kierunku poprawy wydajności pakietów i optymalizacji konstrukcji pojazdu.

Skontaktuj się teraz