Quelles sont les tendances de développement des batteries ?

Les batteries au lithium ternaires, également connues sous le nom de « batteries au lithium polymère ternaire », sont des batteries au lithium qui utilisent des matériaux cathodiques ternaires tels que l'oxyde de lithium-nickel-cobalt-manganèse (NCM) ou l'oxyde de lithium-nickel-cobalt-aluminium (NCA). Le cobalt, principalement utilisé pour stabiliser la structure en couches du matériau et améliorer les performances en matière de cycle et de cadence, est un métal précieux indispensable dans les batteries ternaires.

Le coût a toujours été un obstacle au développement du marché des véhicules à énergies nouvelles. En tant qu'élément de base des coûts, la « batterie de puissance » a toujours été au centre des espoirs de réduction des coûts. La réduction de la proportion et de la teneur en cobalt dans les batteries au lithium ternaire réduira d’autant le coût global des véhicules, affaiblissant ainsi l’impact des fluctuations du prix du cobalt sur les entreprises. Cela permettra aux entreprises de passer d’une approche proactive à une approche réactive, ce qui bénéficiera au développement du marché des véhicules à énergies nouvelles.

Les batteries à semi-conducteurs-sont un type de technologie de batterie. Contrairement aux batteries lithium-ion et lithium-polymère couramment utilisées, les batteries à l'état solide-utilisent des électrodes solides et des électrolytes solides.

Parce que la communauté scientifique estime que les batteries au lithium-ion ont atteint leurs limites, les batteries-à l'état solide ont récemment été considérées comme un successeur potentiel des batteries au lithium-ion. La technologie des batteries au lithium à l'état solide-utilise un composé de verre composé de lithium et de sodium comme matériau conducteur, remplaçant l'électrolyte des batteries au lithium traditionnelles, améliorant ainsi considérablement la densité énergétique des batteries au lithium.

Les électrolytes à l'état solide-ont une fenêtre de stabilité électrochimique élevée, ce qui leur permet d'être utilisés avec des matériaux d'électrodes à haute-tension pour augmenter encore la densité énergétique de la batterie. Les électrolytes à l'état solide - possèdent également une résistance mécanique élevée, supprimant efficacement la pénétration des dendrites de lithium pendant le cycle de la batterie, ce qui permet d'utiliser du lithium métallique, qui a une densité d'énergie théorique élevée, comme matériau d'électrode négative. Un inconvénient des électrolytes à l'état solide- (un défi de développement actuel) est la résistance de contact solide-solide extrêmement élevée entre l'électrode et l'électrolyte.

La batterie lame est un tout nouveau concept de conception qui utilise des cellules longues tout en éliminant l'étage de module intermédiaire, intégrant directement les cellules dans le système de batterie. Cela réduit efficacement le poids et le coût, à l'instar de la technologie CTP (Cell-to-Pack) de CATL. Pendant ce temps, la conception de la structure de la batterie de BYD emprunte le principe des plaques d'aluminium en nid d'abeille, en utilisant un adhésif structurel pour fixer la cellule de batterie entre deux couches de plaques d'aluminium, permettant à la cellule elle-même d'agir comme un composant structurel pour augmenter la résistance globale du système.

(Piles carrées traditionnelles VS batteries Blade)

Le produit de la société C mesure 148 mm de long, 79 mm d'épaisseur et 97 mm de haut, avec une structure interne enroulée ressemblant à une brique. La cellule de batterie lame mesure 960 mm de long, 13,5 mm d'épaisseur et 90 mm de haut, avec une structure interne empilée. Sa forme longue et fine ressemble à une lame, d'où le nom de « batterie lame ».

Le processus d'empilement consiste à couper les électrodes positives et négatives en petits morceaux, à les empiler avec un séparateur pour former de petites cellules de batterie, puis à empiler et à connecter ces petites cellules en parallèle pour former une grande cellule de batterie. Il s'agit d'un processus de fabrication de cellules de batterie Li-ion.

Par exemple, les piles au lithium de poche reposent sur un « empilement », tel qu'un empilement en forme de « Z »-. Tout d’abord, les matériaux des électrodes positives et négatives sont découpés en feuilles rectangulaires de même taille, puis empilés sur un séparateur. Le séparateur s'étend en forme de « Z » entre les électrodes, les séparant, et enfin, il est enveloppé dans un emballage plastique en aluminium-.

ACEY-SSM-CMachine d'empilage de batterieest un dispositif qui peut être appliqué au processus d'empilage de pièces polaires de batterie au lithium-ion. Le processus de chargement manuel du film, de correction ultérieure de la position des pièces polaires et de stratification est complété automatiquement, ce qui présente les caractéristiques d'une efficacité de stratification élevée et d'une grande précision.

Le processus d'empilement est complexe, principalement en raison de la découpe des feuilles d'électrodes et du séparateur. Cependant, le rendement de découpe de la feuille d'électrode est faible et il est difficile de maintenir une qualité élevée et constante (section transversale, bavures, etc.) et la précision de l'alignement est insuffisante. Cela impose des exigences élevées en matière de qualité du processus de fabrication. C’est la principale raison pour laquelle les piles empilées ne se sont pas répandues.

La technologie CTP, abréviation de Cell To Pack, élimine la conception des modules, intégrant directement les cellules dans un bloc de batterie, qui est ensuite intégré au plancher du véhicule en tant que partie intégrante des composants structurels globaux.

Cette approche réduit la quantité de matériaux utilisés dans le module lui-même, tels que les plaques latérales, les plaques d'extrémité (composants structurels du module) et les poutres (structures de support des batteries) qui étaient à l'origine utilisées pour séparer et connecter les modules. Cela simplifie considérablement la structure globale de la batterie, libère de l'espace, permet d'augmenter la capacité du bloc de batterie de la même taille et réduit le poids du bloc de batterie, augmentant ainsi la densité énergétique de la batterie et réduisant les coûts.

La technologie CTP a actuellement deux approches différentes. Il existe deux approches principales : premièrement, l'élimination complète des modules, illustrée par la Blade Battery de BYD ; et deuxièmement, l'intégration de petits modules dans de grands modules, représentée par la technologie CTP de CATL.

Batterie BYD Blade contre CATL CTP

La technologie CTC, abréviation de Cell to Chassis, a été décrite comme suit par Zeng Yuqun, président de CATL, lors du China Automotive Blue Book Forum : "Cette technologie intègre la cellule de batterie et le châssis ensemble, et intègre davantage le moteur, le système de contrôle électronique et les composants haute tension du véhicule tels que les convertisseurs DC/DC et les OBC via une architecture innovante. Elle optimise également la distribution d'énergie et réduit la consommation d'énergie grâce à un contrôleur de domaine d'énergie intelligent. CTC permettra aux véhicules à énergies nouvelles de concurrencer directement les véhicules à essence dans en termes de coût, offrir plus d'espace aux passagers et améliorer la praticabilité du châssis.

Dans un sens, le CTC peut être compris comme une extension supplémentaire du CTP. Son cœur réside dans l'élimination du module et du processus d'emballage, en intégrant directement la cellule de batterie sur le châssis du véhicule, pour atteindre un degré d'intégration plus élevé.

Technologie traditionnelle contre CTP contre CTC

L'émergence du CTC brise les limites du PACK (technologie pack) et implique directement le châssis du véhicule, l'élément central le plus critique de l'ensemble du véhicule. Il s'agit d'un avantage essentiel accumulé par les constructeurs OEM grâce à un développement à long terme-et c'est quelque chose que les fabricants de batteries/entreprises spécialisées dans les PACKS ont du mal à développer de manière indépendante. C’est pourquoi certains fournisseurs de batteries envisagent désormais de développer des châssis.

Lors de l'événement Giga Fest organisé dans son usine de Berlin l'année dernière, Tesla a présenté sa solution de batterie structurelle 4680 (CTC)-la batterie 4680 élimine la conception du module, avec des cellules densément disposées dans le châssis du véhicule. Le couvercle de la batterie remplit la double fonction de sceller la batterie et le plancher du véhicule, et les sièges peuvent être directement montés sur la batterie.

Des batteries-sans cobalt et à semi-conducteurs-aux batteries à lames, en passant par les processus d'empilage et désormais les technologies intégrées telles que CTP/CTC, le développement actuel de la technologie des batteries présente un thème principal clair : rechercher une densité énergétique ultime, un coût inférieur et une efficacité d'intégration plus élevée tout en garantissant la sécurité.

Ces technologies n’existent pas isolément mais sont étroitement liées et évoluent ensemble. Par exemple, la technologie sans cobalt-vise à résoudre le problème du goulot d'étranglement lié au coût des matières premières ; les batteries à semi-conducteurs-sont considérées comme la solution de nouvelle génération-pour surmonter les goulots d'étranglement liés à la densité énergétique et à la sécurité ; les batteries à lames et les processus d'empilage innovent du point de vue de la structure et de la fabrication des cellules ; La technologie CTP/CTC redéfinit la relation entre les batteries et les véhicules du point de vue de l'intégration des systèmes et constitue une étape révolutionnaire pour améliorer l'efficacité des packs et optimiser la conception des véhicules.

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