Die Notwendigkeit einer automatisierten Produktion von Lithium-Ionen-Batterien

Die Entwicklung neuer Energiefahrzeuge ist untrennbar mit dem Fortschritt der Leistungsbatterien verbunden. Nach Jahren der Entwicklung hat China eine vollständige industrielle Kette von Lithiumbatterien gebildet, von der Entwicklung vorgelagerter Ressourcen über die Herstellung von Produktionsanlagen für den mittleren Strom bis hin zur Anwendung von Lithiumbatterien im nachgelagerten Bereich. Probleme wie hohe Batteriekosten, niedrige Energiedichte und kurze Reichweite müssen jedoch noch gelöst werden.

Wie groß ist die Kluft zwischen China und anderen Ländern im Vergleich zu anderen Ländern der Welt in Bezug auf die Batteriebetriebstechnologie? Welche Beziehung besteht zwischen Batterieautomation und Batteriekonsistenz? Welche Batterien sind sicherer? Was sind die Aussichten für das Batterierecycling? Als Antwort auf die obigen Fragen interviewte der Reporter Xue Jiayu, Chefwissenschaftler von Shandong Yuhuang New Energy Technology Co., Ltd. und ein besonderer Experte des nationalen "Tausend-Talente-Plans".

Die Produktion von Lithiumbatterien muss automatisiert werden

China Energy News: Sie beschäftigen sich seit mehr als 20 Jahren mit Lithium-Ionen-Batterien. Was ist Ihrer Meinung nach die Grundlage für die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien aus dem Ausland nach China?

Xue jiayu: lithium-ionen-akku wird seit 25 Jahren entwickelt. In den ersten 20 Jahren beschränkte sich das Hauptanwendungsfeld auf kleine Elektrogeräte (Mobiltelefone, Laptops usw.). Ihre Sicherheit wurde nie vollständig angesprochen. In den letzten Jahren hat die Entwicklung von Lithiumbatterien mit der Entwicklung von Elektrofahrzeugen einen neuen Höhepunkt erreicht.

Viele Unternehmen sind in die Branche gekommen. Aber am Ende müssen es diejenigen sein, die die Qualität des Unternehmens überleben können. Um über die Sicherheit der Batterie zu sprechen, muss zunächst die Konsistenz der Batterieleistung sichergestellt werden, andernfalls kommt die Sicherheit der Batterie nicht in Frage.

Wie wir alle wissen, verwendet Tesla 18650 einen Akku, der der Industriestandard in der Lithiumindustrie ist und zuvor hauptsächlich in Laptop-Computerprodukten verwendet wurde. Tesla verwendet Tausende von 18.650 Batterien, die in Autos zusammengebaut sind, als Stromquellen. Wenn so viele Batterien zusammengesetzt werden, hat jede Batterie zwei Lötdrähte (einen positiven und einen negativen), so dass viele Verbindungsdrähte vorhanden sind und jedes lose Löten dazu führen kann, dass die Batterie ihre Funktion verliert. Warum hat Tesla die Batterie 18650 verwendet? Obwohl die 18650-Batterie nicht speziell für Elektrofahrzeuge entwickelt wurde, ist sie das älteste Produkt in der Branche oder der Branchen-Benchmark. Es hat ein relativ vollständiges Sicherheitsschutzsystem und eine bessere Produktkonsistenz. Wenn eine Einzelbatterie mit großer Kapazität die Konsistenz von 18650 erreichen kann, werden die Menschen mit Sicherheit eine Hochleistungsbatterie verwenden, die die Anzahl der Lötstellen verringern und die Zuverlässigkeit verbessern kann.

China Energy News: Chinas lithium-batterielebensdauer ist nicht optimistisch. Was denken Sie?

Xue jiayu: Um ein einfaches Beispiel zu nennen: Die Demonstrationsstation für Fengfeng-Lagerung und -Transport in Zhangbei, China, hat Energiespeicherbatterien installiert, einschließlich solcher, die von bekannten Lithiumbatterieherstellern in China hergestellt wurden. Nach 4-5 Betriebsjahren sind die Batterien fast ausgetauscht. Das heißt, die Lebensdauer einer normalen Lithiumbatterie ist immer noch nicht gut genug, um die Anforderungen von Energiespeicheranwendungen zu erfüllen. Eine solche Lithium-Ionen-Batterie wäre mit einem Elektroauto fast unmöglich zu betreiben, ohne die Batterie fünf bis acht Jahre lang auszutauschen.

China Energy News: Gibt es eine große Lücke zwischen China und der Welt im Bereich der Leistung von Lithium-Ionen-Batterien?

Xue jiayu: Die Lithiumbatterieproduktion in der Welt erfolgt hauptsächlich in Asien, wo es drei Hauptakteure gibt - Japan, Südkorea und China. Die technologische Hauptlücke zwischen China, Japan und Südkorea besteht in der Automatisierung und der soliden Erforschung der Batteriechemie. Bisher konnten chinesische hersteller von lithium-ionen-batterien für Mobiltelefone nicht mit japanischen und südkoreanischen Herstellern konkurrieren, hauptsächlich aufgrund der Automatisierung der Batterieproduktion. Automatisierte Batterien produzieren häufig Produkte, die konsistenter sind als solche, die von Hand oder durch sogenannte "kritische Prozessautomatisierung" hergestellt werden. Die Produktkonsistenz ist gut, die relative Sicherheit ist höher.

Mit dem Aufstieg des Marktes für Leistungsbatterien wurden höhere Anforderungen an die Produktkonsistenz gestellt als an kleine Batterien. Dies ist eine Förderung für die Modernisierung der chinesischen Lithium-Elektrizitätsunternehmen, aber auch ein Schimmer von Vitalität. Die starke Unterstützung der chinesischen Regierung für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher ist ein großes Plus. Chinesische Lithium-Elektrizitätsunternehmen müssen diese Gelegenheit nutzen. China ist bargeldlos für die Herstellung von Power-Batterien, sodass eine automatisierte Lithiumproduktion möglich ist.

China Energy News: Gibt es einen notwendigen Zusammenhang zwischen Batteriekonsistenz und Automatisierung der Batterieproduktion?

Xue jiayu: das ist sicher. Die Herstellung von Lithiumbatterien muss automatisiert werden und ist besser vollautomatisch als halbautomatisch. Beispielsweise kann bei der Handhabung der Batterie in der halbautomatischen Produktionslinie die Batterie versehentlich auf den Boden fallen und innere Verletzungen verursachen, die auf der Oberfläche nicht sichtbar sind und die Batterieleistung irreversibel beeinträchtigen. Menschen sind der variabelste Faktor im Produktionsprozess von Lithiumbatterien, aber automatische Maschinen sind im normalen Betrieb grundsätzlich gleich. Daher kann nur die Automatisierung von Lithiumbatterien die Produktkonsistenz maximieren.

China Energy News: Jetzt befürwortet das Land Industrie 4.0, die Automatisierung wurde von vielen Unternehmen übernommen.

Xue jiayu: Im Prozess der automatischen Produktion können nur fortschrittliche Geräte keine guten Batterieprodukte herstellen. Wenn beispielsweise ein kompletter Satz von Geräten aus Japan importiert wird, jedoch keine Batterien mit der gleichen Qualität wie in Japan hergestellt werden können, muss ein Engineering-Team vorhanden sein, das mit der Verwendung von Automatisierungsgeräten vertraut ist. Darüber hinaus muss die Managementphilosophie des oberen Managements des Unternehmens geändert werden. Die Kosten für die automatisierte Produktion sind immer noch hoch. Es kann effizient qualifizierte Produkte herstellen, aber auch unqualifizierte fehlerhafte Produkte effizient herstellen. Gegenwärtig kann die heimische Fabrik die volle Automatisierungsproduktion erreichen oder das unbemannte Werkstattunternehmen ist nicht viele. Viele große Unternehmen und Gruppen in China haben viel Geld in die automatisierte Produktionslinie investiert. Die Investition ist kein Problem, aber ob es technische und Management-Talente gibt, die wissen, wie man die automatisierte Produktionslinie und ein komplettes Unternehmenssystem aufbaut, betreibt und wartet.

Lithiumtitanat-Batterien kommen möglicherweise zurück

China Energy News: Jetzt im In- und Ausland häufig gemeldet einige Fälle von Elektroautobatterie Explosion, Lithiumbatterie Feld, das relativ gute Sicherheit ist?

Xue jiayu: Die aktuelle Lithiumtitanat-Batterie ist die Batterie mit der längsten Lebensdauer und der höchsten Sicherheit. In Bezug auf den Lebenszyklus beträgt eine gewöhnliche Lithiumionenbatterie etwa 1000 bis 2000 Zyklen, während Lithiumtitanat 10 bis 20 000 Zyklen beträgt. Darüber hinaus weist die Lithiumtitanat-Batterie hervorragende Leistungseigenschaften und eine Leistung bei hohen und niedrigen Temperaturen auf. Der einzige Mangel ist die geringe Energiedichte. Zuvor gab es Bedenken hinsichtlich des Aufblähens von Lithiumtitanat-Batterien, ein Problem, das technisch behoben worden war. Die Massenproduktionstechnologie von Lithiumtitanatbatterien ist ebenfalls ausgereift, aber viele Lithiumbatterieunternehmen haben die technischen Grundlagen der Massenproduktion von Lithiumtitanatbatterien nicht wirklich beherrscht.

Natürlich ist auch eine einseitige Betonung der Sicherheit von Lithiumtitanat-Materialien falsch. Das gesamte Elektrofahrzeug-Antriebssystem ist eine Systemtechnik, von der jeder Teil einen Sicherheitsunfall verursachen kann.

China Energy News: Was sind die Hauptanwendungen von Lithiumtitanat-Batterien?

Xue jiayu: Lithiumtitanat-Batterien haben einen gewissen Marktanteil bei Fahrzeugen mit neuer Energie, aber es ist aufgrund ihrer geringen Energiedichte nicht einfach, ein Mainstream-Produkt zu werden. Aber es hat viel Potenzial in der Energiespeicherung, weil es relativ wenig Gewicht benötigt. Wenn wir den Lebenszyklus von Lithiumtitanat-Batterien und die geringen Kosten berücksichtigen, ist diese Technologie sehr attraktiv. Im Vergleich zur aktuellen Lithium-Ionen-Energiespeicherbatterie beträgt die Lebensdauer der Lithiumtitanat-Batterie das Fünffache, was 15 Jahren entspricht. Die Kosten für Batteriewechsel, Ausfallzeiten, Fehlerbehebung und Wartung sowie mögliche Probleme, die durch die gemischte Verwendung alter und neuer Batterien usw. verursacht werden, sind in dieser Hinsicht erhebliche Einsparungen bei der Verwendung von Lithiumtitanat-Batterien. Unabhängig davon, ob Batterien für die Kraft- oder Energiespeicherung von Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist die grundlegendste Leistungsanforderung eine gute Konsistenz und eine hohe Kostenleistung.

China Energy News: Was ist mit anderen Batterietypen wie Lithium-Luft-Batterien, Vollfestbatterien und Graphenbatterien?

Xue jiayu: Derzeit sind noch viele Laborprobleme für Lithium-Luft-Batterien und Voll-Fest-Batterien zu lösen, die weit von einer Industrialisierung entfernt sind. Die sogenannte überlegene Leistung von Graphenbatterien ist kaum zu glauben, da einige Eigenschaften dieses Materials durch theoretische Berechnungen verbessert wurden.

Schwierigkeiten beim Recycling

China Energy News: In der Branche gibt es unterschiedliche Meinungen zum Recycling oder zur Kaskadennutzung von Power-Batterien. Einige Leute denken, dass es in der Staffel verwendet werden kann, um Abfall zu vermeiden, andere denken, dass es nicht funktionsfähig ist. Was denken Sie?

Xue jiayu: Ehrlich gesagt bin ich nicht sehr optimistisch in Bezug auf die Kaskadenauslastung. Der Grund dafür ist, dass Batterien unterschiedlich, konsistent und mit unterschiedlichen Produktions- und Verwendungsgeschichten sind. Das Zusammensetzen ist keine leichte Aufgabe.

China Energy News: Gibt es keine Möglichkeit, die Batteriekonsistenz zu testen?

Xue jiayu: Ja, aber es ist sehr schwierig! Gute Konsistenz bezieht sich auf die Konsistenz oder dynamische Konsistenz des gesamten Lebenszyklus. Insbesondere muss eine Gruppe von Batterien über die tatsächliche lange Lebensdauer der Batterie die gleiche Kapazität und den gleichen Innenwiderstand aufweisen, zumindest in einem schmalen Band ohne Divergenz. In der Realität kann eine Gruppe von Batterien zu einem unbekannten Zeitpunkt eine oder mehrere Batterien mit unterschiedlichem Kapazitätsabfall oder Innenwiderstandsanstieg aufweisen. Auf diese Weise wird beim Laden die durchschnittliche Energiemenge, die auch für die gesamte Gruppe von Batterien gilt, die Batterie überladen, deren Kapazität abgenommen hat. Dies ist ein potenzielles Sicherheitsrisiko, das einen Brand oder eine Explosion verursachen kann. Die Ladungsmenge eines Akkus hängt also vom schlechtesten Akku ab.

Die Konsistenz jeder Zelle in einem Akkupack ist wichtig. Es kann ein Albtraum sein, Batterien mit vielen verschiedenen Geschichten, Herstellerdaten und Rohstoffrezepten für positive und negative Elektroden zusammenzustellen, die nicht vollständig klar sind. Obwohl eine gewisse Steuerung über ein Energieverwaltungssystem (BMS) erfolgen kann, ist die Steuerungsfähigkeit begrenzt. Die Sicherheit alter Batterien ist nur schwer zu gewährleisten.

China Energy News: Was ist mit dem Recycling gebrauchter Batterien als Ressource?

Xue jiayu: Beim vorherigen Recycling von Lithiumbatterien waren die Hauptelemente mit Recyclingwert Kobalt und Nickel. Der Staat fördert das Recycling von Ressourcen und es ist nichts Falsches daran, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Durch die kontinuierliche Ausweitung des industriellen Maßstabs bildet die Rückgewinnung von Ressourcen die gesamte Kette der Lithiumbatterieindustrie zu einem geschlossenen Kreislauf, der der Entwicklung der Industrie förderlich ist. Aus geschäftlicher Sicht ist Recycling jedoch ein unrentables Geschäft. Der Staat muss möglicherweise das Recycling und die Nutzung von Ressourcen subventionieren oder einige Gewinne von einigen hochprofitablen Gliedern der Industriekette einbehalten, um Batterierecyclingunternehmen zu subventionieren, um den Umweltschutz und die Harmonie der Industriekette der Lithiumbatterien aufrechtzuerhalten.

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