Aujourd'hui, la batterie est devenue le noyau de la décision de déterminer l'avenir des véhicules électriques, il n'est pas difficile de comprendre autant de fabricants de batteries dans les cerveaux de la technologie de la batterie, s'attendre à une percée majeure et développer une variété d'objectifs de développement ambitieux, la densité d'énergie du système de batterie de 250Wh / l élevée à environ 500Wh / l, tout en réduisant considérablement le coût de la production. dans un aspect, les matériaux cellulaires doivent encore l'optimisation, l'amélioration de la densité d'énergie de la batterie, d'autre part, la nécessité d'améliorer l'utilisation du corps de l'espace cellulaire, Enregistrer matériau inactif dans un petit espace limité. de manière que la batterie classique a provoqué un grand volume de l'emballage est occupé par un matériau de batterie non active, ne peut pas tirer le meilleur parti de l'espace limité de la batterie. pour atteindre cet objectif, l'entreprise avec l'Institut IAV et Fraunhofer pour Thyssenkrupp AG Technologies en céramique et des systèmes (IKTS) coopèrent avec le développement du projet de châssis véhicule intégré cellules (EMBATT: énergie embarquée châssis), monté directement sur le châssis de la batterie du véhicule, la batterie se réduit de manière significative le volume occupé par la structure, pour améliorer la densité d'énergie de Wh / L objectif EMBATT concept de l'idée centrale est d'utiliser bipolaire b batterie ipolar d'ions lithium dans ce projet de développement commun, l'IAV responsable du développement du véhicule, y compris la conception du véhicule, la sécurité de mesure, de la mise en page de la batterie et de la conception, l'étalonnage du logiciel de commande. IKTS responsable des techniques de fabrication et de traitement des matériaux de batterie sur mesure et une électrode. Thyssenkrupp AG Principalement responsable de la production tardive de la batterie.
Basé sur le concept EMBATT de batteries bipolaires pour atteindre les objectifs suivants:
• Réduisez considérablement la complexité du système et augmentez la densité de la batterie à 500 Wh / L
· Réduire la résistance interne et réduire les besoins de refroidissement
L'utilisation de moins de pièces, les coûts de fabrication peuvent être réduits
· Satisfaire aux exigences de sécurité des véhicules
· Matériau de batterie avancé pour améliorer encore la densité d'énergie
La batterie lithium-ion actuelle sera enroulée ou laminée après l'électrode dans la coque (cylindrique, carré, ou paquet souple), puis avec d'autres parties structurelles, des dispositifs électroniques, unité de gestion intégrée dans le système de batterie que. En raison de la présence d'un grand nombre de substances non actives (pièces structurelles, composants électroniques, faisceau de câblage, etc.), perte de densité d'énergie allant jusqu'à 40-60% (voire plus), densité d'énergie actuelle du système de batterie d'environ 120-300Wh / L (pas Wh / kg ici).
L'objectif de développement de la batterie du projet EMBATT est de briser les limites des batteries et des modules traditionnels, d'intégrer des batteries bipolaires faites d'électrodes dans le châssis et d'obtenir une configuration de tension de batterie de 850-1200V (environ 2) en fonction de la taille de l'emballage Mètres carrés de la batterie), ce qui permet de conduire un kilométrage de 1000 km Un des défis de ce projet de développement est de savoir comment produire des électrodes bipolaires car il nécessite deux électrodes différentes des deux côtés de l'électrode De la matière, l'épaisseur minimale des cellules de la batterie d'environ 300 microns, ce qui est un processus de préparation plus complexe.La stabilité mécanique de la batterie à travers la structure de support interne et externe à réaliser.
En plus de la conception spéciale de ces structures de batterie, un autre accent est mis sur l'utilisation de matériaux de batterie à haut rendement.Projet EMBATT dans le matériau anodique actuellement sélectionné titanate de lithium LTO, sélection positive d'oxyde de manganèse lithium LNMO, tension unicellulaire Dans le 3.2V ou si (sélectionnez d'autres matériaux peuvent également, mais la tension sera inférieure), le prochain matériau important est de sélectionner l'électrolyte approprié, de l'électrolyte liquide traditionnel à l'électrolyte solide sont dans le cadre du test, à long terme, tous solides L'électrolyte sera le choix ultime, l'une des options de diaphragme est un diaphragme en céramique, qui aide à intégrer la solution et la membrane de l'électrolyte solide.Le projet EMBATT dans l'électrode bipolaire des deux côtés du courant sont revêtus de LTO (L'autre matériau de cathode peut également être.) Premièrement, la première électrode bipolaire avec un laser coupe la première pré-coupe, puis dans le second poinçon pour obtenir la taille de l'électrode finale. Les électrodes polaires sont empilées pour former une connexion en série entre les cellules de la batterie, selon la progression du projet, la voiture électrique de 1000 km basée sur le concept EMBATT devrait être lancée en 2025.
Selon IKTS, le projet EMBATT est issu de la conception de structures SOFC à pile à combustible à oxyde solide.Il est principalement responsable de: la recherche conceptuelle de cellules de batterie, le développement / optimisation de matériaux actifs de batteries, ainsi que le diaphragme céramique et l'électrolyse Liquide, développement de processus de fabrication d'unité de batterie.
À l'heure actuelle, IKTS et les organismes de coopération ont terminé le développement de EMBATT1.0 et EMBATT2.0 1.0 et 2.0, le changement le plus important est que le matériau de la cathode du projet 1.0 dans le NCM ou LFP mise à niveau vers LNMO, en utilisant un élément métallique Doped spinel lithium manganate, a augmenté la tension limite supérieure Diaphragme, électrolyte liquide amélioré à l'électrolyte tout solide, ce qui sera plus propice à la production de cellules de batterie 1.0 et 2.0, respectivement, la densité d'énergie de 200Wh / L et 450Wh / L , Qui n'a aucun avantage sur la densité d'énergie de la cellule de puissance actuelle, et peut avoir certains avantages sur le système de batterie à l'avenir, mais maintenant que la batterie préparée par l'électrode bipolaire n'a pas encore été intégrée sur le châssis, le niveau du système de batterie De l'avantage de la densité d'énergie n'est pas claire.Par conséquent, dans l'EMBATT 3.0, le négatif a fait un grand changement, l'utilisation de métal lithium comme un négatif, et l'utilisation de verre-céramique tout électrolyte solide, le collecteur n'est plus confiné à l'aluminium Il n'est pas clair le matériau spécifique du fluide), grâce à ces optimisations pour atteindre 800Wh / L cible de densité d'énergie.
Dans le processus de fabrication, 1,0 et 2,0 du processus de fabrication et le processus actuel de fabrication de batterie lithium-ion ne sont pas une différence significative dans 3,0, en raison de l'utilisation de tout l'électrolyte céramique vitrocéramique solide, de sorte que l'assemblage électrode et électrolyte Mais l'augmentation subséquente des liaisons de traitement thermique, principalement dans le but d'améliorer le contact entre l'électrode et l'électrolyte solide, est centrée sur le contenu de l'étude, le développement de l'électrolyte solide, l'électrolyte et la compatibilité des électrodes. Ceci est cohérent avec la recherche générale sur les batteries à l'état solide.
En général, la plus grande caractéristique de EMBATT n'est pas son innovation matérielle, parce que ces matériaux de recherche et d'innovation a toujours été un sujet brûlant dans le domaine de la batterie lithium-ion, EMBATT place intéressante est l'électrode bipolaire préparée par la batterie directement intégrée dans la voiture Le concept du châssis, et le concept de cette extension dans l'amélioration des processus de fabrication.Intéressant, au salon de l'auto de Shanghai, le fournisseur de pièces automobiles - Bentler a proposé la conception indépendante et le développement d'un nouveau système de châssis de véhicule énergétique Un des objectifs du système de châssis est d'atteindre l'intégration du châssis ou l'intégration modulaire, la batterie est également considérée comme intégrée dans le châssis de l'une des parties.En outre, le neuvième sommet mondial de l'industrie automobile de cette année, semblable au châssis électrique La plate-forme a également été souligné à plusieurs reprises.Ainsi, cette plate-forme deviendra le développement de la tendance des véhicules électriques.
Le concept d'électrodes bipolaires a longtemps été, l'application de batteries lithium-ion pendant une longue période, n'a pas été une application à grande échelle.La figure suivante par rapport à la batterie lithium-ion traditionnelle (a) et la batterie au lithium bipolaire (b La figure 1 montre un cas où chaque unité de cellule comprend une électrode positive (typiquement revêtue sur un substrat en Al), une électrode négative (typiquement revêtue sur un substrat en Cu), et b La cellule unité de batterie comprend également une électrode positive et une électrode négative, mais l'électrode positive et la matière active d'électrode négative partagent un substrat.Lorsque deux cellules de batterie sont connectées en série, le côté de l'électrode bipolaire se trouve dans la cellule actuelle comme électrode négative et l'autre Un côté est utilisé comme une électrode positive dans les cellules cellulaires adjacentes.
L'étude des électrodes bipolaires a eu lieu dès deux ou trois décennies, par exemple, dans les années 1990, Yardney Technologies a mené une étude sur les batteries lithium-ion bipolaires. La conception minimise la résistance entre les cellules adjacentes dans l'empilement de cellules de cellules, ce qui entraîne une distribution plus uniforme du courant et du potentiel sur la surface du revêtement actif positif et négatif de chaque cellule de cellule bipolaire. La cellule de la cellule polaire a une caractéristique de puissance plus élevée.La figure 1 est une section de batterie au lithium-ion bipolaire typique constituée d'une pluralité de cellules de batterie bipolaires.La figure 2 est une batterie bipolaire. 16a, 16b, ..., 16n sont le côté négatif de la cellule de batterie; 18a, 18b, ..., 18n sont les cellules de batterie; 14a, 14b, ..., 14n sont le côté positif de la cellule de batterie; 20b, 20c, ..., 20n sont des collecteurs (par exemple, 14a et 16b sur la figure 2 partagent un collecteur de courant), et le collecteur de courant peut être revêtu d'un substrat bimétallique, par exemple, Cu-Al bimétallique, matériau actif d'électrode négative Côté Cu, le matériau actif de l'électrode positive est enduit du côté Al, et 24 est l'électrode négative active 26a est un matériau actif d'électrode positive; 28a, 28b, ..., 28n sont des structures de fixation de connexion isolantes, chaque électrode bipolaire est fixée par la structure de connexion Dans la figure 1 et la figure 2, il y a n-1 électrodes bipolaires (L'électrode positive et la matière active d'électrode négative des deux côtés du collecteur de courant), la couche supérieure 20a n'a qu'un seul côté de l'électrode négative et l'autre côté est connecté au pôle négatif 29 et la couche inférieure 20n + 1 n'a qu'un côté de l'électrode positive. Connecté
La figure 3 est une pile d'empilement d'électrodes bipolaires, peut être appelée pile 40. Parmi eux, 32 est le diaphragme, 34 est le collecteur, 36 est une électrode bipolaire, les deux côtés sont des matériaux actifs positifs et négatifs. L'exemple est le même.
La figure suivante est une pile bouton CR2032 avec trois électrodes bipolaires: l'électrode positive est LFP et l'électrode négative est le lithium métallique, utilisant un électrolyte polymère quasi-solide et un collecteur de courant en acier inoxydable, comme le montre la courbe de tension aussi longtemps que l'électrode bipolaire le nombre d'unités peut changer la tension de la batterie, ici sont donnés 1unit, 2units, courbe de tension 3units.Par exemple, il est facile à travers 5 unité bipolaire pour réaliser une batterie lithium-ion 12V, la figure sur la droite est le Japon Une partie de la section transversale d'une batterie bipolaire 12V de Toshiba peut être vu à partir des paramètres du tableau 1. Le matériau de la cathode est LiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4, le matériau de l'anode est LTO, le collecteur de courant est Al, l'électrolyte électrolyte solide est Li7La3Zr2O12 (LLZ) et PAN Du point de vue de l'emballage, les emballages souples laminés conviennent mieux à une batterie bipolaire.
De la structure ci-dessus et des données point de vue, l'utilisation de la structure d'électrode bipolaire, il est facile d'atteindre une tension de batterie élevée, qui est plus que par le nombre de batteries afin d'atteindre la méthode haute tension pour être plus efficace: Espace, réduisant la résistance de connexion.Comparé avec le développement de matériaux de cathode à haute tension dans la progression lente, l'électrode bipolaire peut être un moyen plus efficace possible d'atteindre la sortie de haute tension de la batterie.Bien sûr, comme mentionné plus tôt , La vraie application pratique doit également résoudre beaucoup de problèmes de fabrication. Nous pensons à notre pays en 2016 a publié la ligne de technologie de véhicule électrique, cible de densité d'énergie du système de batterie de véhicule électrique pur est 500Wh / L (2025), 700Wh / L (2030), peut-être, l'utilisation de la technologie de batterie intégrée au châssis est susceptible d'être l'un des moyens d'atteindre cet objectif.
