Recherche et jugement sur l'orientation technique des batteries d'énergie
Au niveau de l'innovation des systèmes de matériaux, les batteries sans cobalt, les batteries à charge rapide, les batteries sodium-ion, les batteries lithium-soufre, les batteries à l'état solide, les batteries lithium-fer à haute teneur en manganèse, etc. sont en constante innovation. Parallèlement, la diversification de la technologie des batteries d'énergie entraîne également la complexité et l'innovation de la technologie des équipements.
Derrière l'innovation technique des batteries d'énergie, il y a la réforme énergétique mondiale et la modernisation de l'industrie des nouvelles énergies, et c'est aussi la clé pour les entreprises de batteries de participer à la concurrence sur le marché.
En tant que pierre angulaire des véhicules à énergie nouvelle, la percée de la technologie des batteries d'énergie est également étroitement liée à l'espace de modernisation industrielle. Sur la base d'une analyse approfondie de l'industrie, la technologie de la prochaine génération de batteries électriques peut être résumée en six directions principales : sans cobalt, charge rapide 4C, batterie à couteau court, technologie de laminage, supplément de lithium pré-lithium et prévisibilité.
D'un point de vue macroscopique, la logique sous-jacente de ces six orientations découle des lois du développement industriel. Il s'agit de l'intégration verticale des "ressources minérales - matériaux clés - matériaux de batterie - équipements de batterie - récupération en cascade - régénération des ressources" ; de l'expansion diversifiée des liens de coordination horizontaux tels que l'infrastructure de charge et de changement, la fabrication intelligente, les services bancaires pour les batteries, etc.
Il sert l'ensemble de l'écosystème périphérique, y compris les services financiers, l'exploitation des parcs industriels, l'innovation en matière de capital, etc. Au niveau microéconomique, ces six orientations s'attaquent directement aux problèmes qui doivent être résolus immédiatement, notamment le goulot d'étranglement des ressources, le supplément d'énergie et l'inquiétude en matière de sécurité.
Sans cobalt
66% de la production mondiale de cobalt proviennent du Congo (Kinshasa), et les réserves de cobalt de la Chine ne représentent qu'environ 1% des réserves mondiales. La rareté des ressources en cobalt menace sérieusement la sécurité de la chaîne d'approvisionnement des batteries d'énergie. Par ailleurs, le cobalt joue un rôle important dans le coût des matériaux cathodiques.
Si l'on prend l'exemple du système de batterie ternaire 523, le coût du cobalt représente 20%, et la fluctuation de son prix aura une incidence directe sur le coût de la cellule. Par conséquent, la "suppression du cobalt" dans les batteries d'énergie est devenue un consensus industriel mondial, et le système ternaire à forte teneur en nickel et faible teneur en cobalt est une technologie d'avenir.
Mais d'une manière générale, tant que le matériau de la cathode de la batterie au lithium ne contient pas d'élément de cobalt, on peut parler de batterie sans cobalt. Outre la batterie ternaire à faible teneur en cobalt, le phosphate de fer au lithium, le phosphate de fer au manganèse au lithium, etc. sont également inclus dans le système sans cobalt.
Dans la future distribution des piles au lithium, la part de marché des piles "sans cobalt" dépassera 70%, couvrant la classe A00-BC, les voitures particulières ayant une autonomie de 300 à 700 km, les véhicules électriques légers et le stockage de l'énergie commerciale.
Chargement ultra rapide
Au cours du premier semestre de cette année, la production et les ventes de véhicules à énergie nouvelle ont connu un essor considérable, et le taux de pénétration du marché a atteint 21,6%. La tendance générale était au déploiement de la charge super rapide. La charge rapide de la batterie basée sur 800V batterie haute tension est devenue le point de mire de l'agencement de l'industrie.
Avec l'arrivée successive des modèles 800V sur le marché, 2022 sera la première année de production en masse de modèles 800V. Cependant, l'un des défis de la recharge ultrarapide est que l'infrastructure de recharge est très imparfaite. À l'heure actuelle, le nombre de bornes/stations de recharge pouvant correspondre aux modèles de recharge ultrarapide est loin de répondre à la demande d'établissement d'une écologie de la recharge ultrarapide.
Outre les contraintes liées aux coûts élevés des intrants dans la phase initiale, la construction de stations de surcharge dépend fortement de la stabilité du réseau électrique. La station de surcharge adaptée à la charge rapide à haute tension de 800 V nécessite une adaptation des supercondensateurs, et la force et la vitesse de transformation des condensateurs dans le réseau électrique déterminent directement la popularité de la station.
Le pic de consommation d'énergie causé par la station de surcharge à court terme nécessite un grand nombre de canaux de câbles efficaces et d'autres installations de soutien, ce qui constitue un projet de reconstruction difficile.
Par conséquent, bien que les fabricants de batteries aient lancé la production de masse de batteries à charge rapide à un rythme plus élevé, du point de vue de l'économie de l'ensemble du véhicule et des installations de charge, ainsi que de la stabilité de l'électricité publique, les batteries 4C peuvent atteindre un meilleur équilibre entre l'anxiété liée au kilométrage et l'équipement réel.
À court et à moyen terme, 4C+800V est le meilleur schéma dans le cadre de la gamme abordable du réseau électrique public, et peut éviter des risques inutiles de gestion thermique.
Éclaircissement de la longueur des noyaux
Si l'absence de cobalt est l'incarnation de l'accélération de l'innovation en matière de matériaux de batterie, les cellules longues et minces constituent une orientation importante dans le domaine de l'innovation en matière de structure de batterie. Les cellules longues et fines peuvent améliorer l'utilisation de l'espace et la sécurité de la batterie en réduisant l'épaisseur des cellules, en augmentant leur longueur et en annulant la conception des modules, de sorte que le réseau direct de cellules peut agir comme un élément structurel dans le bloc-batterie.
Du point de vue de la production et de la fabrication à grande échelle, le principal problème auquel sont confrontés les noyaux électriques longs et minces est le contrôle du rendement et l'efficacité de la fabrication à grande échelle.
Technologie de pelliculage
La pile carrée traditionnelle est généralement produite par enroulement, mais la cellule longue et fine est sujette à des plis, à des déformations et à d'autres problèmes lors de l'enroulement. Le processus de laminage permet non seulement d'améliorer le taux d'utilisation interne de la batterie carrée, mais présente également plusieurs avantages en termes de performances :
● Densité énergétique de la batterie plus élevée
Le taux d'utilisation de l'espace d'enroulement est inférieur à celui du laminage, et le laminage peut utiliser pleinement l'espace d'angle, de sorte que la densité énergétique est plus élevée à volume égal.
● Une structure interne plus stable
En raison de l'influence des contraintes internes et externes incohérentes au niveau du coin de l'enroulement, la batterie subira une déformation ondulée, ce qui entraînera une distribution inégale du courant et une structure interne instable. Le processus de laminage peut maintenir l'interface de la batterie plate.
● Une sécurité accrue
Le pliage de la pièce polaire aux deux extrémités de l'enroulement peut facilement entraîner une perte de poudre et des bavures, ce qui peut provoquer un court-circuit interne de la batterie et un emballement thermique dans les cas les plus graves. La batterie laminée présente une tension uniforme et une plus grande sécurité.
● Durée de vie plus longue
Le nombre de cosses de la batterie laminée est le double de celui de l'enroulement, plus le nombre de cosses est élevé, plus la distance de transmission électronique est courte, et plus la résistance est faible, de sorte que la résistance interne de la batterie laminée peut être réduite de 10%+, et la durée de vie du cycle est plus longue.
Dans le processus de production de six piles à couteau court, à savoir "homogénéisation, revêtement, laminage, découpage, laminage et assemblage", l'efficacité de la production et la qualité des laminages sont cruciales pour le rendement des éléments de la pile.
Toutefois, le processus de pelliculage est confronté aux inconvénients suivants : faible efficacité de l'équipement, investissement élevé dans l'équipement, faible rendement et grande difficulté de contrôle. La technologie des machines de pelliculage est devenue la clé de la croissance de la perméabilité du processus de pelliculage.
Pré-lithium et supplément de lithium
L'ajout de lithium aux matériaux d'électrode par pré-lithiation peut compenser la perte irréversible de lithium causée par le film SEI et améliorer la capacité totale et la densité énergétique de la batterie. Comme le processus de pré-remplissage de lithium est censé résoudre le problème de la faible efficacité du premier coulomb de l'anode en carbone silicium, il apparaît souvent dans la voie technique du "lithium dopé au silicium".
Dans l'usine de machines complètes, la batterie 4680 de Tesla, dont l'électrode négative est à base de silicium, adopte l'électrode sèche + la pré-lithiation au niveau technique. BYD a commencé à déployer la technologie du supplément de lithium au plus tôt en 2004, ce qui lui confère une solide réserve technique.
Les fabricants de piles comme entreprises de batteries de stockage d'énergie tels que Gotion High Tech, EVE et Envision AESC possèdent également un grand nombre de brevets relatifs aux suppléments de lithium, portant principalement sur l'itinéraire technique de la pré-lithiation de l'anode. Shanshan et COSMX sont principalement impliqués dans l'itinéraire technique de la pré-lithiation du pôle positif.
Le fabricant de matériaux cathodiques Dyanonic est actuellement en phase de construction de capacité, et il est prévu qu'une partie de la capacité de supplément de lithium soit produite en masse au quatrième trimestre de cette année ou au premier trimestre de l'année prochaine.
La technologie de supplément de lithium positif développée par SVOLT en laboratoire a atteint 10000 cycles sur la cellule de stockage d'énergie, et prévoit de relever le défi des 12000 cycles, c'est-à-dire d'atteindre la même durée de vie que le système photovoltaïque.
Avec l'augmentation progressive des électrodes négatives à base de silicium et la demande de supplément de lithium pour les batteries de stockage d'énergie haut de gamme, la pré lithiation pourrait devenir un axe de développement majeur des batteries au lithium à l'avenir.
SVOLT a introduit la solution technique CTR en combinant le supplément de lithium pré-lithium et le noyau électrique à couteau court et en ajoutant de nouvelles technologies de refroidissement et de sécurité. La cellule de stockage d'énergie améliorée est d'environ 325 Ah, surpassant complètement les produits de stockage d'énergie classiques de 280 Ah sur le marché.
Prévisibilité
De l'innovation matérielle à l'innovation structurelle et à l'innovation de fabrication, la voie multitechnologique des batteries d'énergie a été continuellement améliorée. Cependant, quelle que soit la perfection théorique de la technologie, elle ne peut garantir la sécurité de la cellule et du bloc-batterie 100%.
Dans ce contexte, la prévisibilité devient très importante. Grâce à un algorithme d'alerte précoce, la surveillance et l'informatique en nuage peuvent identifier à l'avance les risques potentiels de la cellule de la batterie et donner une alerte rapide. En même temps, des rapports en ligne peuvent être produits sur l'évaluation de la valeur résiduelle et l'utilisation de l'espace.
