Gran avance tecnológico: carga rápida y duración de la batería

Hay que garantizar la "cantidad" de baterías de energía, pero también la "calidad". Los requisitos de prestaciones de seguridad, autonomía de crucero y velocidad de carga de los vehículos de nueva energía mejoran constantemente. Qué forma de célula de batería es la más adecuada para las aplicaciones de los vehículos de nueva energía es un tema candente en la actualidad.

El mercado de vehículos de nueva energía está obligando a las empresas de baterías a actualizar continuamente su tecnología y lanzar productos innovadores y de alta calidad.

Por el momento, las pilas prismáticas, las pilas de petaca y las pilas cilíndricas tienen distintas ventajas y son los tres productos dominantes en el mercado actual de las pilas eléctricas. Entre ellas, las pilas cilíndricas han atraído la atención del mercado por sus ventajas en coste, rendimiento y seguridad.

Esto se debe principalmente a las características estructurales de su monómero y su batería. El volumen del monómero es el más pequeño, lo que resulta conveniente para la gestión térmica. Puede utilizar con flexibilidad espacios de formas especiales. Su forma altamente estandarizada favorece la plataformización y la iteración.

Además, la batería cilíndrica cuenta con una protección separada de la carcasa y un dispositivo independiente de alivio de presión, que ofrece múltiples garantías; las celdas están dispuestas en forma de panal, y el hueco garantiza una zona de intercambio de calor suficientemente grande entre el monómero y el exterior;

Y lo que es más importante, su estructura circular de simetría central puede contener eficazmente la expansión de la pieza polar interna durante todo el ciclo de vida, de modo que no se produzca ninguna deformación en el exterior de la célula.

Desde el punto de vista del mercado, en abril de este año, Tesla entregó a los clientes el primer lote de vehículos Model Y equipados con 4680 baterías sin polos;

Recientemente, Tesla informó de que su equipo de baterías 4680 ha alcanzado una capacidad de fabricación de baterías de 868.000 por semana, lo que puede soportar más de 1.000 vehículos Model Y.

El Grupo BMW también ha anunciado que será el primero en utilizar baterías cilíndricas de gran capacidad de la serie 46 en los modelos de "nueva generación" a partir de 2025. Las principales empresas automovilísticas han utilizado sucesivamente baterías cilíndricas de gran tamaño, lo que lidera la nueva tendencia del sector.

Gran avance tecnológico

Sin embargo, en el pasado, las baterías cilíndricas estaban limitadas en los escenarios de aplicación debido a problemas de tamaño y capacidad. Durante el proceso de descarga de la batería, la corriente se recoge a través de la lámina de cobre y la lámina de aluminio, y se exporta al circuito externo a través de la lengüeta.

Debido a la existencia de resistencia, el proceso de carga y descarga de la batería no favorece la conducción de corriente. Cuando la batería se carga y descarga, es muy fácil que se produzca un calor local excesivo, lo que supone un peligro para la seguridad.

Además, debido al gran tamaño de la célula de la batería, especialmente en el proceso de carga y descarga con una corriente elevada, se generará un calor óhmico significativo, que hará que aumente la temperatura de la batería.

Cuanto más gruesa y grande es la célula, más calor genera y más difícil es disipar el calor, lo que a su vez afecta a la velocidad de carga.

Por tanto, la clave está en cómo resolver la paradoja de aumentar el tamaño de la célula y reducir la generación de calor. Tras continuas investigaciones en la industria, la tecnología "full lug" se ha convertido en la clave para resolver el cuello de botella del rendimiento energético y los problemas de seguridad de las células cilíndricas.

En concreto, la batería de lengüeta completa es un nuevo tipo de batería que utiliza la estructura de lengüeta completa para la conexión y la conducción. El polo de la batería y la placa colectora se conectan mediante tecnología láser.

La capacidad de sobrecorriente entre la pieza de polo y la placa de cubierta no es inferior a la de la propia pieza de polo, mejorando así en gran medida la capacidad de sobrecorriente de la batería, reduciendo la generación de calor de la batería y rompiendo el cuello de botella de la batería cilíndrica.

Gracias al avance de la tecnología de orejetas completas, el top 10 Fabricantes de pilas 18650 en el mundo como Panasonic, LG Chem, Samsung SDI y BAK Battery han confirmado el desarrollo de grandes baterías cilíndricas.

Cabe mencionar que, como primera empresa de baterías de China en lanzar las baterías cilíndricas de gran tamaño 4680 full lug, BAK ha comenzado a planificar una base de producción en masa de baterías cilíndricas de gran tamaño, y la producción en masa está a la vuelta de la esquina.

Desde la perspectiva de la matriz de productos, los productos de baterías cilíndricas grandes de BAK incluyen las series 46, 3x y 26, etc. La altura de las celdas va de 70 mm a 160 mm, y el campo de aplicación es muy amplio.

Cabe mencionar que la batería cilíndrica de gran tamaño de BAK ha sido verificada por numerosos experimentos, y su sistema de materiales puede resolver el problema de la densidad de energía y, por tanto, la vida útil de la batería; el diseño de orejetas completas reduce en gran medida la resistencia interna, lo que a su vez tiene un impacto importante en la seguridad.

La batería cilíndrica grande BAK lidera el sector

Anteriormente, la revista internacional de energía "Journal of Power Sources" publicó el artículo "Fast charging performance and optimal thermal management of full lug large cylindrical lithium-ion batteries under different environmental conditions".

Es el primer artículo del sector de las baterías de litio que utiliza una batería cilíndrica comercial real de gran tamaño para verificar las conclusiones del modelo digital.

La batería cilíndrica de lengüeta completa utilizada en este documento de referencia ha sido suministrada por BAK. El autor se basa en la batería cilíndrica de lengüeta grande de BAK especialmente diseñada para aplicaciones de automoción de alto rendimiento.

Se estableció un modelo de acoplamiento térmico-eléctrico-electroquímico para explorar el tiempo de carga óptimo y la estrategia de gestión térmica de la célula.

En las duras condiciones experimentales, la batería cilíndrica de gran capacidad BAK obtuvo buenos resultados: a 20 °C, la batería puede cargarse de 10% a 80% en 11 minutos y 53 segundos; en un entorno de 20 °C bajo cero, el tiempo de carga rápida de 10%-80% puede optimizarse hasta un nivel de 15 minutos y 58 segundos.

En general, la batería BAK logró un tiempo de carga rápida de menos de 12 minutos desde 10% a 80% SOC en este experimento, el rendimiento de carga rápida se puede triplicar en comparación con la pila auricular unipolar convencional, lo que equivale a una autonomía de crucero de 520 kilómetros, demostrando el gran potencial de la batería cilíndrica de gran tamaño de orejetas completas de BAK.

Además, durante el proceso de carga rápida de la batería BAK, no se produjo precipitación de litio.

En términos de diseño estructural, bajo el diseño de orejeta completa, la batería cilíndrica grande de BAK adopta el material de carcasa de acero, y está equipada con una protección de carcasa separada y un dispositivo de alivio de presión independiente.

Gracias a la tecnología de alivio de presión direccional, la batería cilíndrica de gran tamaño BAK full lug puede conseguir una disipación de calor cero a nivel del vehículo, lo que garantiza la seguridad del paquete de baterías en su conjunto y la calidad constante de la batería a lo largo de su ciclo de vida, y se ha mejorado considerablemente el problema de la gestión térmica.

Al mismo tiempo, debido a la singularidad del diseño de la estructura de lengüeta completa, la batería cilíndrica grande es más audaz en la exploración del sistema de materiales, los materiales de cátodo ternario de alto níquel y los materiales de ánodo a base de silicio se utilizan más ampliamente en las baterías cilíndricas grandes, y su densidad de energía también se ha mejorado en gran medida.

En cuanto a los materiales del cátodo, el contenido de níquel del cátodo de la batería cilíndrica grande BAK full lug se ha incrementado de Ni50 a Ni90, y la capacidad sigue aumentando.

La mayor capacidad de producción en serie de Pilas 18650 alcanza los 3,5 Ah, y la mayor capacidad producida en serie de las pilas 21700 llega a los 5,3 Ah, superando el límite de capacidad de las pilas producidas en serie. Batería 21700 serie de nuevo.

En cuanto a los materiales de los ánodos, BAK Battery empezó a investigar antes en materiales de ánodos para baterías cilíndricas de silicio.

En la actualidad, el material de oxígeno de silicio BAK ha pasado de la primera a la tercera generación de silicio, y la primera eficiencia se ha incrementado de 77% a 86%, igualando básicamente la eficiencia del cátodo. En el marco de la exploración de nuevos sistemas de materiales, no pueden ignorarse los aspectos de seguridad.

En comparación con los materiales de grafito, los materiales a base de silicio tendrán una enorme expansión de volumen durante la carga y la descarga. Hasta 300%, mientras que las baterías cilíndricas suelen utilizar carcasas de acero, que tienen una gran resistencia mecánica y una buena fuerza de unión, lo que puede inhibir eficazmente la expansión del silicio y formar una barrera natural.

Batería cilíndrica de gran tamaño

La batería cilíndrica de gran tamaño puede mejorar aún más el rendimiento de la carga rápida, garantizando la seguridad y una autonomía de crucero suficiente, haciendo que la experiencia de los vehículos eléctricos sea comparable a la de los vehículos de combustible.

En este caso, la capacidad de producción de grandes baterías cilíndricas debe estar a la altura del mercado actual de vehículos de nueva energía, que experimenta un gran crecimiento.

BAK Battery, como una de las primeras empresas de China en investigar baterías cilíndricas de gran tamaño con asa completa, ha sido la primera en lanzar baterías cilíndricas de gran tamaño con asa completa en China desde principios de 2021.

BAK Battery tiene un fuerte impulso en la investigación, desarrollo y comercialización de la tecnología de baterías cilíndricas grandes, y los pedidos y clientes previstos siguen aumentando. La matriz de productos de las baterías cilíndricas grandes BAK incluye las series 46, 3x y 26, etc.

En concreto, las baterías de la serie BAK 46 empezaron a entregarse por lotes el año pasado, y el rendimiento está en línea con las expectativas. Según las diferentes capacidades de carga rápida de 8-15 minutos, la densidad energética actual de las baterías se sitúa entre 280Wh/kg y 330Wh/kg.

La serie BAK 26 se basa principalmente en las baterías de carcasa de aluminio 26105, que actualmente se encuentran en la fase de muestra B, y puede aplicarse a un vehículo completo con una autonomía de más de 700 kilómetros, la carga rápida puede alcanzar los 500 kilómetros en 12 minutos, y la densidad energética llegará a 290 Wh/kg tras la producción en serie. La serie BAK 3x se encuentra entre las dos anteriores y es una nueva plataforma desarrollada por BAK para optimizar aún más el rendimiento, el coste, el diseño del sistema y otros factores.

Para hacer frente a la próxima oleada de expansión de las grandes baterías cilíndricas, BAK Battery planifica con antelación. En los próximos años, BAK ampliará su capacidad global de producción de baterías en 80 GWh en dos fases. Al mismo tiempo, BAK también seguirá avanzando hacia el objetivo de la neutralidad de carbono, construirá una fábrica de carbono cero para satisfacer las necesidades de emisiones de carbono y huellas de carbono, aspirará a niveles líderes en la industria, seguirá reduciendo las emisiones de carbono y explorará activamente el camino de la neutralidad de carbono durante todo el ciclo de vida de la batería.

Según estadísticas incompletas, en 2022, cerca de 60 empresas están llevando a cabo investigación y desarrollo y pruebas piloto de baterías cilíndricas de lengüeta completa, y más de 10 empresas han alcanzado básicamente la etapa de producción en masa; Al mismo tiempo, las empresas aguas arriba y aguas abajo, tales como materiales y equipos, también están aumentando la disposición de materiales tales como ánodos de alto contenido de níquel y silicio para acelerar la introducción de equipos con tecnología de lengüeta completa. Desde la perspectiva de la industria en su conjunto, la producción en masa de baterías cilíndricas de gran tamaño con terminal completo puede dar paso a un rápido crecimiento en 2023.