CATL suministra a Mercedes-Benz una batería de alta densidad energética

Mercedes-Benz se pasa a la electricidad

El 22 de julio del año pasado, Mercedes-Benz celebró una conferencia estratégica sobre la transformación de "primero la electricidad" a "totalmente eléctrico", y planea alcanzar un modelo totalmente eléctrico en 2030.

Entre ellos, en cuanto a la ruta tecnológica de la batería, el Director de Tecnología, Sajjad Khan, afirmó que la batería eléctrica de próxima generación ajustará la composición química en función de las necesidades de los clientes de los distintos mercados.

Cooperará con la empresa de materiales para baterías SilaNano y otros socios en la tecnología de ánodos, y aumentará la densidad energética de las baterías a 900 Wh/L mediante la tecnología de ánodos basados en silicio; en el futuro, reforzará la cooperación con los socios para seguir promoviendo la tecnología de ánodos de alto contenido en silicio.

Ahora parece que la tecnología de ánodos basados en silicio de SilaNano ha madurado básicamente y está a punto de comercializarse, y Mercedes-Benz también se equipará con baterías eléctricas que utilicen esta tecnología.

¿Qué es una batería de ánodo de silicio y cuáles son sus ventajas e inconvenientes? ¿Qué tecnología exclusiva utiliza la batería de ánodo de silicio de la CATL y dónde se fabricará?

¿Qué es una batería con ánodo de silicio?

Con la creciente demanda de las empresas automovilísticas y los consumidores de una mayor autonomía de crucero, la batería eléctrica con electrodos de grafito ya no puede satisfacer la demanda y, para mejorar la densidad energética de la batería, es necesario mejorar la capacidad específica del material del electrodo positivo y del material del electrodo negativo.

El electrodo positivo de las baterías de potencia se fabrica generalmente con material de alto contenido en níquel, y el conocido 811 es uno de ellos; el electrodo negativo es un electrodo negativo a base de silicio.

La razón de elegir el silicio es que, tras décadas de desarrollo, la capacidad específica del ánodo de grafito tradicional ha alcanzado los 360~365mAh/g, muy próxima a la capacidad específica teórica de 372mAh/g, y el margen de mejora es limitado.

La capacidad teórica en gramos del material del electrodo negativo a base de silicio es de 4200Ah/g, que es diez veces superior al techo de capacidad del electrodo negativo de grafito, y al nivel técnico actual, el electrodo negativo a base de silicio es esencial para conseguir una batería de 300Wh/kg.

Según los datos, los materiales para ánodos a base de silicio se dividen generalmente en dos categorías. Una es el ánodo de silicio-carbono, es decir, se mezclan nano-silicio y grafito. La capacidad teórica en gramos supera los 3000mAh/g, pero la capacidad real es de poco más de 2000mAh/g; la otra es el electrodo negativo de óxido de silicio, óxido de silicio mezclado con grafito como electrodo negativo, la capacidad aproximada en gramos es de 1400-1800mAh/g.

En la actualidad, el enfoque de las dos aplicaciones de ánodos es diferente. Lin Shaoxiong, responsable de tecnología de materiales anódicos del Instituto de Investigación de Ingeniería de Alta Tecnología de Guoxuan, afirmó en una ocasión que en China los ánodos de carbono-silicio se utilizan generalmente en más productos 3C; en cuanto a las baterías de potencia, se suelen emplear ánodos de silicio-oxígeno.

Pero el silicio también tiene grandes inconvenientes. La tasa de expansión es alta, y la expansión de carga-descarga puede alcanzar unos 300%; la producción es baja, y actualmente sólo BETTER puede suministrar en grandes cantidades en China;

El coste es elevado. El precio actual de mercado de los ánodos basados en silicio es de 200.000-300.000 RMB/tonelada, lo que supone entre 4 y 6 veces más que el precio del grafito artificial de gama media de 50.000 RMB/tonelada, y el margen de beneficio bruto es de 50%.

Aunque la dificultad del coste afecta a la aplicación de los ánodos de silicio en el campo de las baterías de potencia, algunos modelos del mercado han empezado a utilizar materiales de ánodo de silicio. Al mismo tiempo, esto también significa que los materiales de ánodo a base de silicio tienen más margen de crecimiento en el campo de las baterías de potencia, especialmente la próxima batería 4680 se convertirá en un viento cálido para cambiar el mercado.

En un reciente informe de investigación, la CICC ha dejado claro que se espera que 2022 sea el primer año de industrialización de los ánodos de silicio. Se calcula que la demanda mundial de ánodos de silicio alcanzará las 200.000 toneladas en 2025.

Entre ellas, se espera que el índice de penetración de las baterías de consumo alcance las 50%, lo que corresponde a la demanda de unas 70.000 toneladas de ánodos de silicio; los índices de penetración de las baterías de potencia cilíndricas y cuadradas son de 35% y 20%, respectivamente, lo que corresponde a la demanda de unas 130.000 toneladas de ánodos de silicio.

Batería con ánodo de silicio en CATL

Debido a consideraciones de coste y para mantener un equilibrio entre la densidad de energía del material y la estabilidad, el "dopaje de silicio y la suplementación con litio" es la principal dirección técnica de los ánodos basados en silicio en la actualidad.

Sin embargo, el dopaje de silicio y la suplementación de litio son dos tecnologías. El dopaje negativo del silicio sirve para mejorar la densidad energética, y la suplementación con litio, para mejorar la duración del ciclo. Todas ellas contribuyen a mejorar el rendimiento de las baterías de potencia y se han utilizado ampliamente en productos con mayor densidad energética.

Las ventajas y desventajas de la tecnología basada en el silicio ya se han presentado anteriormente, y aquí nos centraremos en la tecnología de suplementación con litio. La tecnología de suplementación con litio es una tecnología de prelitiación, cuyo objetivo es compensar la pérdida de litio y prolongar la vida útil del ciclo, a fin de lograr el efecto de ralentizar la atenuación.

La razón de la suplementación con litio se debe principalmente a la segunda gran desventaja de los materiales de ánodo de silicio: la baja eficiencia primera. En la actualidad, hay dos cuellos de botella en la tecnología de suplementación con litio: la seguridad y la madurez tecnológica.

De acuerdo con la información divulgada por la CATL en los últimos años, también están utilizando la tecnología de suplemento de litio dopado con silicio, y se han equipado con modelos sobreproducidos.

En marzo de 2019, CATL anunció que su equipo de I+D había conquistado tecnologías básicas clave, como materiales ternarios de alto contenido en níquel y materiales de ánodo de silicio-carbono, y tomó la delantera en el desarrollo de muestras de baterías con una densidad energética de 304 Wh/kg.

El 13 de enero de 2021, Zhiji Automobile, construida conjuntamente por SAIC, Zhangjiang Hi-Tech y Alibaba Group, lanzó una nueva marca de automóviles "IM Zhiji" y lanzó dos modelos producidos en serie por primera vez en el mundo. El nuevo coche estará equipado con una batería desarrollada conjuntamente por SAIC y CATL con la tecnología de "batería de iones de litio dopada con silicio", con una autonomía máxima de crucero de más de 1.000 kilómetros.

Ahora, los modelos de la Clase G de Mercedes-Benz también utilizarán la batería de ánodo de silicio de CATL, lo que también significa que los productos de nueva tecnología de CATL han dado un paso sólido.

Sin embargo, "CATL se enfrenta sobre todo al problema de la rentabilidad. El coste de aplicación de los ánodos de silicio es demasiado elevado. Si se pueden fabricar en serie baterías con una densidad energética de 550 Wh/kg, significa que la aplicación de ánodos basados en silicio está madura". revelaron fuentes de investigación y desarrollo de ánodos basados en silicio.

En cuanto a la batería 4680 de otro cliente importante, Tesla en Las 5 principales empresas de baterías de almacenamiento de energíaSegún información del sector, CATL tiene previstas 8 líneas de producción de baterías 4680 con un total de 12 GWh.

Cabe señalar que el citado fabricante de material anódico Sila Nano está situado en la zona de la bahía de San Francisco (Estados Unidos). Teniendo en cuenta la eficacia del montaje y el coste de la cadena de producción, puede ser más probable que CATL produzca la batería en Estados Unidos.