Hoy en día, la batería se ha convertido en el núcleo de la decisión de determinar el futuro de los vehículos eléctricos, no es difícil entender a tantos fabricantes de baterías en los cerebros de la tecnología de la batería, esperan un gran avance y desarrollan una variedad de objetivos de desarrollo ambiciosos. La densidad de la batería del sistema de batería de 250Wh / L a 500Wh / L, mientras que reduce significativamente los costos de producción. Por un lado, el material de la batería necesita ser optimizado para mejorar la densidad de energía de la batería, por otro lado, el cuerpo del espacio de la batería necesita mejorar. En el caso de materiales no activos en un espacio limitado, el paquete de baterías existente resultó en un gran volumen de material activo sin batería ocupado y no pudo aprovechar al máximo el espacio limitado de la batería. Para lograr este objetivo, IAV y Thyssenkrupp AG y el Instituto Fraunhofer para Las tecnologías y sistemas de cerámica (IKTS) trabajan en conjunto para desarrollar la energía incrustada en el chasis (EMBATT: energía incrustada en el chasis), directamente en el chasis de la batería, reducir significativamente el volumen de la estructura de la batería, para mejorar la densidad de energía Wh / L objetivo. El concepto EMBATT de la idea central es utilizar b bipolar En este proyecto de desarrollo colaborativo, IAV es el principal responsable del desarrollo del vehículo, incluido el concepto del vehículo, la seguridad de medición, el diseño y la distribución de la batería, la calibración del software de control, IKTS se encarga de personalizar los materiales de la batería y la tecnología de fabricación y procesamiento de electrodos. Principalmente responsable de la producción tardía de la batería.
Basado en el concepto EMBATT de baterías bipolares para lograr los siguientes objetivos:
• Reduce significativamente la complejidad del sistema y aumenta la densidad de la batería a 500 Wh / L
· Reduce la resistencia interna y reduce los requisitos de refrigeración
El uso de menos piezas, los costos de fabricación se pueden reducir
· Cumple con los requisitos de seguridad del vehículo
· Material avanzado de la batería para mejorar aún más la densidad de energía
La batería actual de iones de litio se enrollará o laminará después del electrodo en el armazón (cilíndrico, cuadrado o paquete blando) y luego con otras partes estructurales, dispositivos electrónicos, unidad de administración integrada en el sistema de batería que. Batería del cuerpo al sistema de batería, debido a la presencia de una gran cantidad de sustancias no activas (partes estructurales, componentes electrónicos, arnés de cableado, etc.), pérdida de densidad de energía de hasta 40-60% (o incluso más), la densidad de energía del sistema de batería actual es de aproximadamente 120-300Wh / L (no Wh / kg aquí).
El objetivo de desarrollo de la batería del proyecto EMBATT es romper los límites de las baterías y módulos tradicionales, integrar baterías hechas con electrodos bipolares en el chasis y lograr una configuración de voltaje de batería grande de 850-1200 V (aproximadamente 2) dependiendo del tamaño del paquete Metros cuadrados de la batería), lo que permite conducir un kilometraje de 1000 km. Uno de los desafíos de este proyecto de desarrollo es cómo producir electrodos bipolares porque requiere dos electrodos diferentes en ambos lados del electrodo. Del material, el espesor mínimo de la celda de la batería de alrededor de 300 micras, que es un proceso de preparación más complejo. La estabilidad mecánica de la batería a través de la estructura de soporte interno y externo para lograr.
Además del diseño especial de estas estructuras de batería, otro enfoque se centra en el uso de materiales de batería de alta eficiencia. Proyecto EMBATT en el material de ánodo LTO de titanato de litio actualmente seleccionado, selección positiva de LNMO de óxido de manganeso y litio, voltaje de celda individual En el 3.2V o menos (seleccione otros materiales también puede, pero el voltaje será menor), el siguiente material importante es seleccionar el electrolito apropiado, desde el electrolito líquido tradicional al electrolito sólido están dentro del alcance de la prueba, a largo plazo, todo sólido El electrolito será la elección definitiva, una de las opciones del diafragma es un diafragma de cerámica, que ayuda a integrar la solución y la membrana del electrolito sólido. El proyecto EMBATT en el electrodo bipolar en ambos lados de la corriente está recubierto con LTO (El otro material del cátodo también puede serlo.) Primero, el primer electrodo bipolar con un láser cortando el primer precorte, y luego en el segundo punzón para obtener el tamaño final del electrodo. Las almohadillas de electrodos polares se apilan para formar una conexión en serie entre las celdas de la batería. De acuerdo con el progreso del proyecto, se espera que el coche eléctrico de 1000 km basado en el concepto EMBATT sea lanzado en 2025.
Según IKTS, el concepto de proyecto EMBATT proviene del diseño de la estructura de pila SOFC de celda de combustible de óxido sólido. En el proyecto, IKTS es responsable principalmente de: investigación del concepto de diseño de batería, desarrollo / optimización de materiales activos de batería, así como diafragma y electrólisis de cerámica Líquido: desarrollo de proceso de fabricación de la unidad de batería.
En la actualidad, IKTS y las agencias de cooperación han completado el desarrollo de EMBATT1.0 y EMBATT2.0 1.0 y 2.0, el cambio más importante es que el material del cátodo del proyecto 1.0 en el NCM o LFP se actualiza a LNMO, utilizando un elemento metálico El manganato de litio con espinela dopada aumentó el límite superior de voltaje. El diafragma, el electrolito líquido actualizado al electrolito sólido, que será más propicio para la producción de celdas de batería. 1.0 y 2.0, respectivamente, la densidad de energía de 200Wh / L y 450Wh / L , Que no tiene ninguna ventaja sobre la densidad de energía de la celda de corriente, y puede tener algunas ventajas sobre el sistema de la batería en el futuro, pero ahora que la batería preparada por el electrodo bipolar aún no se ha incrustado en el chasis, el nivel del sistema de la batería De la densidad de energía, la ventaja no está clara. Por lo tanto, en el EMBATT 3.0, el negativo hizo un gran cambio, el uso de metal de litio como negativo, y el uso de cerámica de vidrio todo electrolito sólido, el colector ya no se limita al aluminio (presente No está claro el material específico del fluido), a través de estas optimizaciones para alcanzar un objetivo de densidad de energía de 800Wh / L.
En el proceso de fabricación, 1.0 y 2.0 del proceso de fabricación y el actual proceso de fabricación de la batería de iones de litio no presentan una diferencia significativa en 3.0, debido al uso de todo el electrolito de cerámica de vidrio sólido, por lo que el conjunto de electrodos y electrolitos puede completarse en el mismo paso. Pero el posterior aumento en los enlaces de tratamiento térmico, principalmente para hacer que el electrodo y la interfaz de electrolito sólido tengan un mejor contacto. Este proyecto 3.0, el desarrollo de electrolitos sólidos, electrolitos y problemas de compatibilidad de la interfaz de electrodos se centran en el contenido del estudio. Esto es consistente con la investigación general sobre baterías de estado sólido.
En general, la mayor característica de EMBATT no es su innovación material, porque estos materiales de investigación e innovación siempre han sido un tema candente en el campo de la batería de iones de litio, el lugar interesante de EMBATT es el electrodo bipolar preparado por la batería directamente integrada en el automóvil El concepto del chasis y el concepto de esta extensión en la mejora del proceso de fabricación. Curiosamente, en el salón del automóvil de Shanghai de este año, el proveedor de autopartes Bentler propuso el diseño independiente y el desarrollo de un nuevo sistema de chasis para vehículos de energía. Uno de los objetivos del sistema de chasis es lograr la integración del chasis o la integración modular, la batería también se considera integrada en el chasis de una de las partes. Además, la novena cumbre global de la industria automotriz de este año, similar al chasis eléctrico La plataforma también se ha enfatizado repetidamente. Por lo tanto, esta plataforma se convertirá en el desarrollo de la tendencia de los vehículos eléctricos.
El concepto de los electrodos bipolares ha sido un largo tiempo, la aplicación de baterías de iones de litio durante mucho tiempo, no ha sido una aplicación a gran escala. La siguiente figura en comparación con la batería tradicional de iones de litio (a) y la batería de litio bipolar (b La Figura 1 muestra un caso en el que cada unidad de celda incluye un electrodo positivo (típicamente recubierto en un sustrato de Al), un electrodo negativo (típicamente recubierto en un sustrato de Cu) yb La celda de la celda de la batería también incluye un electrodo positivo y un electrodo negativo, pero el electrodo positivo y el electrodo negativo comparten un sustrato. Cuando dos celdas de batería están conectadas en serie, el lado del electrodo bipolar está en la celda actual como el electrodo negativo y el otro Un lado se usa como un electrodo positivo en celdas celulares adyacentes.
El estudio de los electrodos bipolares se ha producido ya en dos o tres décadas, por ejemplo, en la década de 1990, Yardney Technologies ha llevado a cabo un estudio sobre las baterías bipolares de iones de litio. El diseño minimiza la resistencia entre las células adyacentes en la pila de células de células de la célula, lo que resulta en una distribución más uniforme de la corriente y el potencial en la superficie del recubrimiento activo y negativo de cada celda de célula bipolar. La celda de la celda polar tiene una característica de potencia más alta. La Fig. 1 es una sección de batería de iones de litio bipolar típica que consiste en una pluralidad de celdas de batería bipolar. La Fig. 2 es una batería bipolar. 16a, 16b, ..., 16n son el lado negativo de la celda de la batería; 18a, 18b, ..., 18n son las celdas de la batería; 14a, 14b, ..., 14n son el lado positivo de la celda de la batería; 20b, 20c, ..., 20n son colectores (por ejemplo, 14a y 16b en la figura 2 comparten un colector de corriente), y el colector de corriente puede estar recubierto con un sustrato bimetálico, por ejemplo, Cu-Al bimetálico, material activo de electrodo negativo El lado Cu, el material activo del electrodo positivo está recubierto en el lado Al, y el 24 es el electrodo negativo activo 26a es un material activo de electrodo positivo; 28a, 28b, ..., 28n son estructuras de fijación de conexión aislantes, cada electrodo bipolar está fijado por la estructura de conexión. En la figura 1 y la figura 2, hay n-1 electrodos bipolares (El electrodo positivo y el electrodo negativo en ambos lados del colector de corriente), la capa superior 20a tiene solo un lado del electrodo negativo y el otro lado está conectado al electrodo negativo 29, y la capa más inferior 20n + 1 tiene solo un lado del electrodo positivo y el otro lado Conectado.
La figura 3 es una pila de electrodos bipolares, se puede llamar la pila 40. Entre ellos, 32 es el diafragma, 34 es el colector, 36 es un electrodo bipolar, ambos lados son material activo positivo y negativo. La estructura básica y la anterior El ejemplo es el mismo
La figura celda inferior de la moneda CR2032 contiene tres electrodos bipolar. El electrodo positivo es la LFP, el electrodo negativo es un metal de litio, un electrolito de polímero sólido y cuasi colector de corriente de acero inoxidable puede verse en la curva de tensión, siempre que los cambios de electrodos bipolares número de unidad, puede cambiar el voltaje de la batería, se le da aquí 1unit, 2units, curva de tensión 3units ejemplo, la batería de iones de litio se logra fácilmente por una Unidad bipolar 12V 5, el lado derecho en la figura. Japón 12V una vista en sección parcial de la batería bipolar Toshiba, los parámetros se puede ver de la tabla 1, donde el material del cátodo es LiMn0.85Fe0.1Mg0.05PO4, el material de LTO es un electrodo negativo, el colector de corriente es al, el electrolito es un electrolito sólido Li7La3Zr2O12 (LLZ) y PAN. Desde el punto de vista del embalaje, el embalaje flexible laminado es más adecuado para una batería bipolar de una manera.
De los datos anteriores, y la estructura de una estructura de electrodo bipolar, es fácil darse cuenta de batería de alto voltaje, que es más eficiente que por el proceso a una pluralidad de baterías en serie para lograr un alto voltaje: batería disminución equipado inválido el espacio, la reducción de la resistencia de la conexión. Hoy en día el lento progreso en el desarrollo de material de cátodo de alta tensión en comparación con el electrodo bipolar después de todo, de una manera más eficiente posible para lograr una salida de alta tensión de la batería. por supuesto, como se indicó anteriormente en verdadera necesidad práctica para resolver muchos problemas en la fabricación. pensar en nuestro país en 2016 lanzó ruta tecnología de vehículos eléctricos, la densidad de energía del sistema de baterías de vehículos eléctricos puros objetivo está 500Wh / L (2025 Nian), 700Wh / L (2030), tal vez, el uso de la tecnología de batería incorporada en el chasis sea una de las formas de lograr este objetivo.
