Investigación y juicio sobre la dirección técnica de la batería de energía
En el plano de la innovación de los sistemas de materiales, no dejan de innovar las baterías sin cobalto, las baterías de carga rápida, las baterías de iones de sodio, las baterías de litio-azufre, las baterías de estado sólido, las baterías de litio con alto contenido en hierro y manganeso, etc. Al mismo tiempo, la diversificación de la tecnología de las baterías de energía también está impulsando la complejidad y la innovación de la tecnología de los equipos.
Detrás de la innovación técnica de la batería de energía, está el impulso de la reforma energética mundial y la modernización de la industria de las nuevas energías, y es también la clave para que las empresas de baterías participen en la competencia del mercado.
Como componente fundamental de los vehículos de nueva energía, el avance en la innovación de la tecnología de las baterías de potencia también está estrechamente relacionado con el espacio de modernización industrial. Sobre la base de una visión en profundidad de la industria, la tecnología de baterías de energía de próxima generación puede resumirse en seis direcciones principales: sin cobalto, carga rápida 4C, batería de cuchilla corta, tecnología de laminación, suplemento de litio pre-litio y previsibilidad.
Macroscópicamente, la lógica subyacente de estas seis direcciones procede de las leyes del desarrollo industrial. Se refiere a la integración vertical de "recursos minerales - materiales clave - materiales de baterías - equipos de baterías - recuperación en cascada - regeneración de recursos"; Expansión diversificada en vínculos de coordinación horizontal como infraestructura de carga y cambio, fabricación inteligente, banco de baterías, etc.
Sirve a todo el ecosistema periférico, incluidos los servicios financieros, el funcionamiento del parque industrial, la innovación de capital, etc. En el nivel micro, estas seis direcciones abordan directamente los problemas que deben resolverse de inmediato, como el cuello de botella de los recursos, el suplemento energético y la ansiedad por la seguridad.
Sin cobalto
66% de la producción mundial de cobalto procede del Congo (Kinshasa), y las reservas de cobalto de China sólo representan unas 1% de las reservas mundiales. La escasez de recursos de cobalto amenaza seriamente la seguridad de la cadena de suministro de baterías eléctricas. Al mismo tiempo, el cobalto desempeña un papel importante en el coste de los materiales de los cátodos.
Tomando como ejemplo el sistema ternario de baterías 523, el coste material del cobalto representa 20%, y su fluctuación de precio afectará directamente al coste de la célula. Por lo tanto, la "eliminación del cobalto" de las baterías de energía se ha convertido en un consenso de la industria mundial, y el sistema ternario con alto contenido de níquel y bajo contenido de cobalto es una tecnología candente.
Pero, en términos generales, mientras el material del cátodo de la pila de litio no contenga el elemento cobalto, puede denominarse pila sin cobalto. Además de la pila ternaria de bajo contenido en cobalto, también se incluyen en el sistema sin cobalto el fosfato de hierro y litio, el fosfato de hierro y manganeso y otros.
En la futura distribución de productos de baterías de litio, la cuota de mercado de las baterías "grandes sin cobalto" superará los 70%, abarcando la clase A00-BC, los turismos de 300-700 km de autonomía, los vehículos eléctricos ligeros y el almacenamiento de energía comercial.
Carga ultrarrápida
En el primer semestre de este año, la producción y las ventas de vehículos de nueva energía estaban en auge, y la tasa de penetración en el mercado había alcanzado los 21,6%. La tendencia general era desplegar la carga superrápida. La carga rápida de baterías basada en 800V batería de alto voltaje se ha convertido en el centro de atención de la disposición de la industria.
Con la llegada sucesiva de modelos de 800 V al mercado, 2022 se convertirá en el primer año de producción masiva de modelos de 800 V. Sin embargo, uno de los retos de la carga ultrarrápida es que la infraestructura de recarga es muy imperfecta. En la actualidad, el número de postes/estaciones de carga que pueden adaptarse a los modelos de carga ultrarrápida está lejos de la demanda para establecer una ecología de carga ultrarrápida.
Además de las limitaciones derivadas de los elevados costes de los insumos en la fase inicial, la construcción de estaciones de sobrecarga depende en gran medida de la estabilidad de la red eléctrica. La estación de sobrecarga adecuada para la carga rápida de alta tensión de 800 V necesita la adaptación de supercondensadores, y la fuerza y la velocidad de transformación de condensadores en la red eléctrica determinan directamente la popularidad.
El pico de consumo de energía provocado por la estación de sobrecarga a corto plazo requiere un gran número de canales de cable eficientes y otras instalaciones de apoyo, lo que supone un difícil proyecto de reconstrucción.
Por lo tanto, aunque los fabricantes de baterías de la industria han lanzado la producción en masa de baterías de carga más rápida a un ritmo mayor, desde la perspectiva de la economía de todo el vehículo y las instalaciones de carga y la estabilidad de la electricidad pública, las baterías 4C pueden lograr un mejor equilibrio entre la ansiedad de kilometraje y el equipamiento real.
A corto y medio plazo, 4C+800V es el mejor esquema dentro del rango asequible de la red eléctrica pública, y puede evitar riesgos innecesarios de gestión térmica.
Adelgazamiento de la longitud del núcleo
Si la ausencia de cobalto es la plasmación de la aceleración de la innovación en materiales para baterías, las celdas largas y delgadas son una dirección importante en el campo de la innovación en la estructura de las baterías. Las celdas largas y delgadas pueden mejorar el aprovechamiento del espacio y la seguridad de la batería reduciendo el grosor de las celdas, aumentando su longitud y anulando el diseño de los módulos, de modo que el conjunto directo de celdas pueda actuar como un miembro estructural en la batería.
Desde la perspectiva de la producción y fabricación a gran escala, el mayor problema al que se enfrentan los núcleos eléctricos largos y delgados es el control del rendimiento y la eficiencia de la fabricación a gran escala.
Tecnología de laminación
La pila cuadrada tradicional se fabrica generalmente por el proceso de enrollado, pero la célula larga y delgada es propensa a arrugarse, deformarse y otros problemas por el proceso de enrollado. El proceso de laminación no sólo mejora la tasa de utilización interna de la batería cuadrada, sino que también presenta varias ventajas de rendimiento:
● Mayor densidad energética de la batería
La tasa de utilización del espacio de bobinado es inferior a la del laminado, y el laminado puede aprovechar al máximo el espacio de las esquinas, por lo que la densidad de energía es mayor con el mismo volumen.
● Estructura interna más estable
Debido a la influencia de la tensión interna y externa incoherente en la esquina del bobinado, la batería tendrá una deformación ondulada, lo que provocará una distribución desigual de la corriente y una estructura interna inestable. El proceso de laminación puede mantener plana la interfaz de la batería.
● Mayor seguridad
La flexión de la pieza de polo en ambos extremos del devanado es fácil que cause pérdida de polvo y rebabas, lo que puede provocar un cortocircuito interno de la batería y causar desbocamiento térmico en casos graves. La batería laminada tiene una tensión uniforme y una mayor seguridad.
● Mayor vida útil
El número de terminales de la batería laminada es el doble que el del bobinado, cuanto mayor sea el número de terminales, menor será la distancia de transmisión electrónica y menor la resistencia, por lo que la resistencia interna de la batería laminada puede reducirse en 10%+, y la vida útil del ciclo es mayor.
En el proceso de producción de baterías de seis cuchillas cortas, a saber, "homogeneización, revestimiento, laminado, troquelado, laminado y montaje", la eficacia de la producción y la calidad de las laminaciones son cruciales para el rendimiento de las celdas de la batería.
Sin embargo, el proceso de laminado se ha enfrentado a las deficiencias de la baja eficiencia de los equipos, la elevada inversión en equipos, el bajo rendimiento y la gran dificultad de control. La tecnología de las máquinas laminadoras se ha convertido en la clave del crecimiento permeable del proceso de laminación.
Pre litio y suplemento de litio
La adición de litio a los materiales del electrodo mediante pre-litiación puede compensar la pérdida irreversible de litio causada por la película SEI y mejorar la capacidad total y la densidad energética de la batería. Como se espera que el proceso de prellenado de litio resuelva el problema de la baja eficiencia del primer culombio del ánodo de silicio-carbono, suele aparecer en la ruta técnica del "litio dopado con silicio".
En la fábrica de máquinas completas, la batería 4680 de Tesla con electrodo negativo basado en silicio adopta electrodo seco+prelitiación a nivel técnico. BYD comenzó a desplegar la tecnología de suplemento de litio en 2004 como muy pronto, que tiene una fuerte reserva técnica.
Fabricantes de baterías como empresas de baterías de almacenamiento de energía como Gotion High Tech, EVE y Envision AESC también tienen un gran número de patentes relacionadas con el suplemento de litio, principalmente en la ruta técnica de prelitiación del ánodo. Shanshan y COSMX se dedican principalmente a la vía técnica de la prelitiación del polo positivo.
El fabricante de material catódico Dyanonic se encuentra actualmente en la fase de construcción de capacidad, y se espera que parte de la capacidad de suplemento de litio se produzca en masa en el cuarto trimestre de este año o en el primero del próximo.
La tecnología de suplemento de litio positivo desarrollada por SVOLT en el laboratorio ha logrado 10000 ciclos en la célula de almacenamiento de energía, y prevé desafiar los 12000 ciclos, es decir, alcanzar la misma vida útil que el sistema fotovoltaico.
Con el aumento gradual de los electrodos negativos basados en silicio y la demanda de suplemento de litio de las baterías de almacenamiento de potencia/energía de gama alta, la prelitiación puede convertirse en una importante dirección de desarrollo de las baterías de litio en el futuro.
SVOLT introdujo la solución técnica CTR combinando el suplemento de pre-litio+núcleo eléctrico de cuchilla corta y añadiendo nuevas tecnologías de refrigeración y seguridad. La célula de almacenamiento de energía mejorada es de unos 325Ah, superando por completo los productos de almacenamiento de energía de 280Ah habituales en el mercado.
Previsibilidad
Desde la innovación de materiales hasta la innovación estructural y de fabricación, la ruta multitecnológica de la batería de alimentación se ha actualizado continuamente. Sin embargo, por muy perfecta que sea la tecnología en teoría, no puede garantizar la seguridad de la célula y la batería 100%.
En esta realidad, la previsibilidad se vuelve muy importante. Mediante un algoritmo de alerta temprana, la monitorización y la computación en la nube pueden identificar con antelación los riesgos potenciales de la célula de la batería y emitir una alerta temprana. Al mismo tiempo, se pueden generar informes en línea sobre la evaluación del valor residual y la utilización del espacio.
