La necesidad de una producción automatizada de baterías de iones de litio

El desarrollo de vehículos de nueva energía es inseparable del progreso de las baterías eléctricas. Después de años de desarrollo, China ha formado una cadena industrial completa de baterías de litio desde el desarrollo de recursos upstream hasta la fabricación de equipos de producción mid-stream y la aplicación de baterías de litio en el downstream. Sin embargo, quedan por resolver problemas como el alto costo de la batería, la baja densidad de energía y el corto alcance.

En comparación con otros países del mundo, ¿cuál es la brecha entre China y otros países en el nivel de tecnología de baterías? ¿Cuál es la relación entre la automatización de la batería y la consistencia de la batería? ¿Qué baterías son más seguras? ¿Cuáles son las perspectivas para el reciclaje de baterías? En respuesta a las preguntas anteriores, el reportero entrevistó a xue jiayu, científico jefe de shandong yuhuang new energy technology co., Ltd. y un experto especial del "plan de los mil talentos" nacional.

La producción de baterías de litio debe automatizarse

Noticias de energía de China: ha estado estudiando baterías de iones de litio durante más de 20 años. Desde el extranjero a China, ¿cuál crees que es fundamental para la seguridad de las baterías de iones de litio?

Xue jiayu: la batería de iones de litio se ha desarrollado durante 25 años. En los primeros 20 años, el campo de aplicación principal se limitó a pequeños electrodomésticos (teléfonos móviles, portátiles, etc.). Su seguridad nunca se ha abordado por completo. En los últimos años, con el desarrollo de los vehículos eléctricos, el desarrollo de la batería de litio ha entrado en un nuevo clímax.

Muchas empresas han acudido en masa a la industria. Pero al final, deben ser aquellos que puedan sobrevivir a la calidad de la empresa. Para hablar sobre la seguridad de la batería, en primer lugar para garantizar la consistencia del rendimiento de la batería, de lo contrario, la seguridad de la batería está fuera de discusión.

Como todos sabemos, tesla UTILIZA la batería 18650, que es el estándar de la industria en la industria del litio, y antes se usaba principalmente en productos de computadoras portátiles. Tesla UTILIZA miles de 18.650 baterías ensambladas en automóviles como fuentes de energía. Cuando se juntan tantas baterías, cada batería tiene dos cables de soldadura (uno positivo y otro negativo), por lo que hay muchos cables de conexión y cualquier soldadura suelta puede hacer que la batería pierda su función. ¿Por qué tesla usó la batería 18650? Aunque no está diseñada específicamente para vehículos eléctricos, la batería 18650 es el producto más antiguo de la industria o el punto de referencia de la industria. Tiene un sistema de protección de seguridad relativamente completo y una mejor consistencia del producto. Si una sola batería de gran capacidad puede lograr la consistencia de 18650, la gente ciertamente usará una batería de gran capacidad, que puede reducir la cantidad de juntas de soldadura y mejorar la confiabilidad.

Noticias de energía de China: la duración de la batería de litio de China no es optimista, ¿qué opinas?

Xue jiayu: para tomar un ejemplo simple, la estación de demostración de almacenamiento y transporte de fengfeng en zhangbei, China, ha instalado baterías de almacenamiento de energía, incluidas las producidas por conocidos fabricantes de baterías de litio en China. Después de 4-5 años de funcionamiento, las baterías casi han sido reemplazadas. Es decir, la vida útil de una batería de litio ordinaria aún no es lo suficientemente buena para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de almacenamiento de energía. Una batería de iones de litio de este tipo sería casi imposible de utilizar en un automóvil eléctrico sin reemplazar la batería durante cinco a ocho años.

Noticias de energía de China: ¿existe una gran brecha entre China y el mundo en el campo de las baterías de iones de litio?

Xue jiayu: la producción de baterías de litio en el mundo se encuentra principalmente en Asia, donde hay tres actores principales: Japón, Corea del Sur y China. La principal brecha tecnológica entre China, Japón y Corea del Sur está en la automatización y la investigación sólida sobre la química de las baterías. Hasta ahora, los fabricantes chinos de baterías de iones de litio para teléfonos móviles no han podido competir con los fabricantes japoneses y surcoreanos, principalmente debido a la automatización de la producción de baterías. Las baterías automatizadas a menudo producen productos que son más consistentes que los producidos a mano o mediante la llamada "automatización de procesos críticos". La consistencia del producto es buena, la seguridad relativa es mayor.

Ahora, con el auge del mercado de las baterías eléctricas, la consistencia de los productos ha presentado requisitos más altos que las baterías pequeñas. Esta es una promoción para la mejora de las empresas de electricidad de litio de China, pero también un rayo de vitalidad. El fuerte apoyo del gobierno chino a los vehículos eléctricos y el almacenamiento de energía es una gran ventaja. Las empresas chinas de electricidad de litio deben aprovechar esta oportunidad. China está llena de dinero en efectivo para fabricar baterías eléctricas, por lo que es posible la producción automatizada de litio.

Noticias de energía de China: ¿existe una relación necesaria entre la consistencia de la batería y la automatización de la producción de baterías?

Xue jiayu: eso es seguro. La producción de baterías de litio necesita automatización y está completamente automatizada mejor que la semiautomática. Por ejemplo, en el proceso de manipulación de la batería en la línea de producción semiautomática, la batería puede caer accidentalmente al suelo, provocando lesiones internas que no se pueden ver en la superficie, lo que provocará daños irreversibles en el rendimiento de la batería. Las personas son el factor más variable en el proceso de producción de baterías de litio, pero las máquinas automáticas son básicamente las mismas en funcionamiento normal. Por lo tanto, solo la automatización para hacer baterías de litio puede maximizar la consistencia del producto.

Noticias de energía de China: ahora el país aboga por la industria 4.0, la automatización ha sido adoptada por muchas empresas.

Xue jiayu: en el proceso de producción automática, solo los equipos avanzados no pueden fabricar buenos productos de batería. Por ejemplo, si se importa un conjunto completo de equipos de Japón, pero no se pueden producir baterías de la misma calidad que en Japón, debe haber un equipo de ingenieros que sepa cómo utilizar equipos de automatización. Además, se debe cambiar la filosofía de gestión de la alta dirección de la empresa. El costo de la producción automatizada sigue siendo alto. Puede fabricar productos calificados de manera eficiente, pero también puede fabricar productos defectuosos no calificados de manera eficiente. En la actualidad, la fábrica nacional puede lograr la producción de automatización completa o la empresa de talleres no tripulados no es mucha. Muchas grandes empresas y grupos en China han invertido mucho dinero en la línea de producción automatizada. La inversión no es un problema, sino si hay talentos técnicos y de gestión que sepan cómo construir, operar y mantener la línea de producción automatizada y un conjunto completo del sistema de la empresa.

Las baterías de titanato de litio pueden volver

Noticias de energía de China: ahora en el país y en el extranjero comúnmente se informaron algunos casos de explosión de la batería de un automóvil eléctrico, el campo de la batería de litio es una seguridad relativamente buena?

Xue jiayu: la batería de titanato de litio actual es la batería con mayor vida útil y mayor seguridad. En términos de ciclo de vida, la batería de iones de litio ordinaria es de aproximadamente 1000-2000 ciclos, mientras que el titanato de litio es de 10-20 mil ciclos. Además, la batería de titanato de litio tiene excelentes características de potencia y rendimiento a altas y bajas temperaturas, la única deficiencia es la baja densidad de energía. Anteriormente, había preocupaciones sobre la hinchazón en las baterías de titanato de litio, un problema que se había abordado técnicamente. La tecnología de producción en masa de la batería de titanato de litio también está madura, pero muchas empresas de baterías de litio no han dominado realmente los fundamentos técnicos de la producción en masa de la batería de titanato de litio.

Por supuesto, el énfasis unilateral en la seguridad de los materiales de titanato de litio también es incorrecto. Todo el sistema de energía del vehículo eléctrico es una ingeniería de sistemas, cualquier parte del cual puede producir un accidente de seguridad.

Noticias de energía de China: ¿cuáles son las principales aplicaciones de las baterías de titanato de litio?

Xue jiayu: la batería de titanato de litio tiene una cierta participación en el mercado de vehículos de nueva energía, pero no es fácil convertirse en un producto convencional debido a su baja densidad energética. Pero tiene mucho potencial en el almacenamiento de energía porque requiere relativamente poco peso. Si consideramos el ciclo de vida de las baterías de titanato de litio y el bajo costo, esta tecnología es muy atractiva. En comparación con la batería de almacenamiento de energía de iones de litio actual, la vida útil de la batería de titanato de litio es cinco veces mayor, que es de 15 años. El costo de reemplazo de la batería, el tiempo de inactividad, la depuración y el mantenimiento, y los posibles problemas causados por el uso mixto de baterías nuevas y viejas, etc. son ahorros considerables en estos aspectos cuando se usan baterías de titanato de litio. Ya sea que las baterías se utilicen para la energía del automóvil o para el almacenamiento de energía, el requisito de rendimiento más fundamental es una buena consistencia y un rendimiento de alto costo.

Noticias de energía de China: ¿qué pasa con otros tipos de baterías, como las baterías de aire de litio, las baterías totalmente sólidas y las baterías de grafeno?

Xue jiayu: en la actualidad, todavía hay muchos problemas de laboratorio por resolver para la batería de aire de litio y la batería totalmente sólida, que están lejos de la industrialización. El llamado rendimiento superior de las baterías de grafeno es difícil de creer porque algunas propiedades de este material se han amplificado mediante cálculos teóricos.

Dificultad para reciclar

Noticias de energía de China: hay diferentes opiniones en la industria sobre el reciclaje o la utilización en cascada de baterías eléctricas. Algunas personas piensan que se puede usar escalonadamente para evitar el desperdicio, pero otras piensan que no es operable. ¿Qué piensas?

Xue jiayu: Hablando francamente, no soy muy optimista sobre la utilización en cascada. La razón es que las baterías son diferentes, consistentes y con diferentes historias de producción y uso, por lo que armarlas no es una tarea fácil.

Noticias de energía de China: ¿no hay forma de probar la consistencia de la batería?

Xue jiayu: sí, ¡pero es muy difícil! La buena consistencia se refiere a la consistencia o consistencia dinámica de todo el ciclo de vida. Específicamente, se requiere que un grupo de baterías tenga la misma capacidad y resistencia interna durante la vida útil real de la batería, al menos en una banda estrecha sin divergencia. Pero en realidad, un grupo de baterías en algún momento desconocido puede tener una o varias baterías con diversos grados de disminución de capacidad o aumento de resistencia interna. De esta forma, durante la carga, la cantidad promedio de energía que también es aplicable a todo el grupo de baterías sobrecargará la batería cuya capacidad se haya deteriorado, lo que es un peligro potencial para la seguridad que puede provocar un incendio o una explosión. Entonces, la cantidad de carga que recibe una batería depende de la peor batería.

La consistencia de cada celda en un paquete de baterías es importante. Puede ser una pesadilla armar baterías con muchas historias diferentes, fechas de fabricación y recetas de materias primas para electrodos positivos y negativos que no están completamente claras. Aunque se puede realizar cierto control a través de un sistema de administración de energía (BMS), la capacidad de control es limitada. La seguridad de las baterías viejas es un tema difícil de garantizar.

Noticias de energía de China: ¿que pasa con el reciclaje de baterías usadas como recurso?

Xue jiayu: en el reciclaje anterior de baterías de litio, los principales elementos con valor de reciclaje eran el cobalto y el níquel. El estado fomenta el reciclaje de recursos y no hay nada de malo en tomar precauciones. Con la expansión continua de la escala industrial, la recuperación de recursos hace que toda la cadena de la industria de las baterías de litio forme un circuito cerrado, lo que favorece el desarrollo de la industria. Pero desde una perspectiva empresarial, el reciclaje no es un negocio rentable. Es posible que el estado tenga que subsidiar el reciclaje y la utilización de recursos, o retener algunas ganancias de algunos eslabones de alta ganancia de la cadena industrial para subsidiar empresas de reciclaje de baterías, a fin de mantener la protección ambiental y la armonía de la cadena industrial de baterías de litio.

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