Percée de la technologie "Full lug" - charge rapide et autonomie de la batterie

La "quantité" de batteries d'alimentation doit être garantie, mais aussi la "qualité". Les exigences en matière de sécurité, d'autonomie et de vitesse de chargement des véhicules à énergie nouvelle ne cessent de s'améliorer. Le choix de la forme de cellule de batterie la mieux adaptée aux applications des véhicules à énergie nouvelle est un sujet brûlant à l'heure actuelle.

Le marché des véhicules à énergie nouvelle oblige les fabricants de batteries à actualiser en permanence leur technologie et à lancer des produits innovants et de haute qualité.

Pour l'instant, les piles prismatiques, les piles à poche et les piles cylindriques présentent des avantages différents et sont les trois principaux produits sur le marché actuel des piles électriques. Parmi elles, les piles cylindriques ont attiré l'attention du marché en raison de leurs avantages en termes de coût, de performance et de sécurité.

Ceci est principalement dû aux caractéristiques structurelles de son monomère et de son bloc-batterie. Le volume du monomère est le plus petit, ce qui est pratique pour la gestion thermique. Il peut utiliser avec souplesse des espaces de forme spéciale. La forme hautement standardisée est propice à la plateformisation et à l'itération.

En outre, la batterie cylindrique est dotée d'une coque de protection séparée et d'un dispositif de décompression indépendant, ce qui offre de multiples garanties ; les cellules sont disposées en forme de nid d'abeille, et l'espace assure une zone d'échange thermique suffisamment grande entre le monomère et l'extérieur ;

Plus important encore, sa structure circulaire à symétrie centrale peut contenir efficacement l'expansion de la pièce polaire interne pendant tout le cycle de vie, de sorte qu'aucune déformation ne se produit à l'extérieur de la cellule.

Du point de vue du marché, en avril de cette année, Tesla a livré aux clients le premier lot de véhicules Model Y équipés de 4680 batteries sans pôles ;

Récemment, Tesla a indiqué que son équipe de 4680 batteries avait atteint une capacité de fabrication de 868 000 batteries par semaine, ce qui permet de produire plus de 1 000 véhicules de type Model Y.

Le groupe BMW a également annoncé qu'il serait le premier à utiliser des batteries cylindriques pleines de grande taille de la série 46 dans les modèles de la "nouvelle génération" à partir de 2025. Les grands constructeurs automobiles ont successivement utilisé des batteries cylindriques de grande taille, ce qui constitue une nouvelle tendance dans l'industrie.

Percée de la technologie des crampons pleins

Cependant, dans le passé, les batteries cylindriques étaient limitées dans les scénarios d'application en raison de problèmes de taille et de capacité. Pendant le processus de décharge de la batterie, le courant est collecté par la feuille de cuivre et la feuille d'aluminium, et est exporté vers le circuit externe par la languette.

En raison de l'existence d'une résistance, le processus de charge et de décharge de la batterie n'est pas propice à la conduction du courant. Lorsque la batterie est chargée et déchargée, il est très facile de provoquer une chaleur locale excessive, ce qui constitue un risque pour la sécurité.

En outre, en raison de la grande taille de la cellule de la batterie, en particulier lors du processus de charge et de décharge avec un courant élevé, une chaleur ohmique importante sera générée, ce qui entraînera une augmentation de la température de la batterie.

Plus la cellule est épaisse et grande, plus elle génère de chaleur et plus il est difficile de la dissiper, ce qui affecte la vitesse de charge.

Il est donc essentiel de résoudre le paradoxe de l'augmentation de la taille des cellules et de la réduction de la production de chaleur. Après des recherches continues dans l'industrie, la technologie "full lug" est devenue la clé pour résoudre le goulot d'étranglement de la performance énergétique et les problèmes de sécurité des cellules cylindriques.

Plus précisément, la batterie à cosses pleines est un nouveau type de batterie qui utilise la structure à cosses pleines pour la connexion et la conduction. La pièce polaire de la batterie et la plaque collectrice sont reliées par la technologie laser.

La capacité de surintensité entre la pièce polaire et la plaque de recouvrement n'est pas inférieure à celle de la pièce polaire elle-même, ce qui améliore considérablement la capacité de surintensité de la batterie, réduit la production de chaleur de la batterie et élimine le goulot d'étranglement de la batterie cylindrique.

Grâce à la percée de la technologie de l'oreille pleine, les 10 premiers pays de l'Union européenne sont en mesure d'offrir des services de qualité à leurs citoyens. Fabricants de piles 18650 dans le monde tels que Panasonic, LG Chem, Samsung SDI et BAK Battery ont confirmé le développement de grandes batteries cylindriques.

Il convient de mentionner qu'en tant que première entreprise de batteries en Chine à lancer des batteries cylindriques de grande taille 4680 full lug, BAK a commencé à planifier une base de production de masse pour les batteries cylindriques de grande taille, et la production de masse est sur le point d'être lancée.

Du point de vue de la matrice des produits, les grandes batteries cylindriques de BAK comprennent les séries 46, 3x et 26, etc. La hauteur des cellules va de 70 mm à 160 mm, et le champ d'application est très large.

Il convient de mentionner que la grande batterie cylindrique de BAK a été vérifiée par de nombreuses expériences et que son système de matériaux peut résoudre le problème de la densité énergétique et donc de la durée de vie de la batterie ; la conception de la patte complète réduit considérablement la résistance interne, ce qui a un impact important sur la sécurité.

La grande batterie cylindrique BAK à la pointe de l'industrie

Auparavant, le magazine international sur l'énergie "Journal of Power Sources" a publié l'article "Fast charging performance and optimal thermal management of full lug large cylindrical lithium-ion batteries under different environmental conditions" (Performances de charge rapide et gestion thermique optimale des batteries lithium-ion cylindriques de grande taille dans différentes conditions environnementales).

Il s'agit du premier article de l'industrie des batteries au lithium à utiliser une véritable batterie commerciale cylindrique de grande taille pour vérifier les conclusions du modèle numérique.

La grande batterie cylindrique à cosses pleines utilisée dans ce document de référence est fournie par BAK. L'auteur se base sur la batterie cylindrique à cosses pleines BAK spécialement conçue pour les applications automobiles de haute performance.

Un modèle de couplage thermique-électrique-électrochimique a été établi pour étudier le temps de charge optimal et la stratégie de gestion thermique de la cellule.

Dans les conditions expérimentales difficiles, la batterie cylindrique BAK full lug a donné de bons résultats : à 20°C, la batterie peut être chargée de 10% à 80% en 11 minutes et 53 secondes ; dans un environnement de moins 20°C, le temps de charge rapide 10%-80% peut être optimisé à un niveau de 15 minutes et 58 secondes.

En général, la batterie BAK a atteint un temps de charge rapide de moins de 12 minutes de 10% à 80% SOC dans cette expérience, la performance de charge rapide peut être triplée par rapport à la cellule d'oreille unipolaire conventionnelle, ce qui équivaut à une autonomie de croisière de 520 kilomètres, démontrant le grand potentiel de la batterie cylindrique de grande taille à cosse complète de BAK.

En outre, pendant le processus de charge rapide de la batterie BAK, il n'y a pas eu de précipitation du lithium.

En termes de conception structurelle, la batterie cylindrique de grande taille de BAK adopte une coque en acier et est équipée d'une protection séparée de la coque et d'un dispositif indépendant de décharge de pression.

Grâce à la technologie de décharge de pression directionnelle, la batterie BAK full lug large cylindrical peut atteindre une dissipation thermique nulle au niveau du véhicule, ce qui garantit la sécurité de l'ensemble de la batterie et la qualité constante de la batterie tout au long de son cycle de vie, et le problème de la gestion thermique a été grandement amélioré.

Parallèlement, en raison du caractère unique de la conception de la structure à cornes, la grande batterie cylindrique est plus audacieuse dans l'exploration du système de matériaux, les matériaux cathodiques ternaires à haute teneur en nickel et les matériaux anodiques à base de silicium sont plus largement utilisés dans les grandes batteries cylindriques, et leur densité d'énergie a également été considérablement améliorée.

En ce qui concerne les matériaux de cathode, la teneur en nickel de la cathode de la grande batterie cylindrique BAK Full Lug est passée de Ni50 à Ni90, et la capacité continue d'augmenter.

La plus grande capacité de production en série de Batteries 18650 atteint 3,5 Ah, et la capacité la plus élevée des batteries 21700 produites en masse atteint 5,3 Ah, dépassant ainsi la limite de capacité des batteries produites en masse. Batterie 21700 à nouveau.

En ce qui concerne les matériaux d'anode, BAK Battery a déjà commencé ses recherches sur les matériaux d'anode pour les piles cylindriques au silicium.

À l'heure actuelle, le matériau silicium-oxygène BAK est passé de la première génération de silicium à la troisième génération de silicium, et le premier rendement est passé de 77% à 86%, ce qui correspond pratiquement au rendement de la cathode. Dans le cadre de l'exploration de nouveaux systèmes de matériaux, les aspects liés à la sécurité ne peuvent être ignorés.

Par rapport aux matériaux en graphite, les matériaux à base de silicium connaissent une expansion volumétrique considérable pendant la charge et la décharge. Jusqu'à 300%, les batteries cylindriques utilisent généralement des coques en acier, qui présentent une résistance mécanique élevée et une bonne force de liaison, ce qui permet d'inhiber efficacement l'expansion du silicium et de former une barrière naturelle.

Disposition de la batterie cylindrique de grande taille

La batterie cylindrique de grande taille peut encore améliorer la performance de la charge rapide en garantissant la sécurité et une autonomie suffisante, rendant l'expérience des véhicules électriques comparable à celle des véhicules à carburant.

Dans ce cas, la capacité de production des grandes batteries cylindriques doit correspondre à la forte croissance actuelle du marché des véhicules à énergie nouvelle.

BAK Battery, l'une des premières entreprises chinoises à mener des recherches sur les batteries cylindriques de grande taille, a été la première à commercialiser des batteries cylindriques de grande taille en Chine depuis le début de l'année 2021.

BAK Battery a pris une forte impulsion dans la recherche, le développement et la commercialisation de la technologie des grandes batteries cylindriques, et les commandes et les clients visés continuent d'augmenter. La matrice de produits des grandes batteries cylindriques BAK comprend les séries 46, 3x et 26, etc.

Plus précisément, les batteries de la série BAK 46 ont commencé à être livrées par lots l'année dernière, et leurs performances sont conformes aux attentes. Selon les différentes capacités de charge rapide de 8 à 15 minutes, la densité énergétique actuelle des batteries se situe entre 280Wh/kg et 330Wh/kg.

La série BAK 26 est principalement basée sur des batteries à coque en aluminium 26105, qui sont actuellement au stade de l'échantillon B. Elle peut être appliquée à un véhicule complet avec une autonomie de plus de 700 kilomètres, la charge rapide peut atteindre 500 kilomètres en 12 minutes, et la densité énergétique sera aussi élevée que 290Wh/kg après la production de masse. La série BAK 3x se situe entre les deux. Il s'agit d'une nouvelle plateforme développée par BAK afin d'optimiser les performances, le coût, la conception du système et d'autres facteurs.

Afin de répondre à la prochaine vague d'expansion des grandes batteries cylindriques, BAK Battery anticipe. Au cours des prochaines années, BAK augmentera sa capacité de production mondiale de batteries de 80 GWh en deux étapes. Dans le même temps, BAK continuera à se rapprocher de l'objectif de neutralité carbone, à construire une usine zéro carbone pour répondre aux besoins en matière d'émissions et d'empreintes carbone, à viser des niveaux de pointe dans l'industrie, à continuer à réduire les émissions de carbone et à explorer activement la voie de la neutralité carbone tout au long du cycle de vie de la batterie.

Selon des statistiques incomplètes, en 2022, près de 60 entreprises mènent des activités de recherche et développement et des essais pilotes sur les batteries cylindriques à cosses pleines, et plus de 10 entreprises ont pratiquement atteint le stade de la production de masse ; dans le même temps, les entreprises en amont et en aval, telles que les matériaux et les équipements, augmentent également la disposition des matériaux tels que les anodes à haute teneur en nickel et en silicium afin d'accélérer l'introduction d'équipements dotés de la technologie à cosses pleines. Du point de vue de l'industrie dans son ensemble, la production de masse de grandes batteries cylindriques à cosses pleines pourrait connaître une croissance rapide en 2023.