Breve discussione su L'abbandono della ricerca e dello sviluppo di celle prismatiche da parte di LG Energy Solution.
Sommario
Sviluppo e gestione delle cellule
Tre tipi di cellule: origini simili con funzionalità diverse
Produttori di batterie: lo sviluppo di molteplici percorsi tecnici
Percorsi tecnologici: complementari e concorrenti
Conclusione
Sviluppo e gestione delle cellule
Secondo i media coreani L'Elec (14 settembre), LG Energy Solution ha annunciato l'annullamento dei propri sviluppi di celle prismatiche, concentrandosi invece sulla produzione di celle a sacchetto.
Basato sulla forma dell'imballaggio, batterie al litio sono prevalentemente divisi in cellule a sacchetto, cellule cilindriche e cellule prismatiche. Queste tre opzioni hanno formato una certa scala nel mercato, ma la mossa di LG Energy Solution porterà a cambiamenti nel layout del settore?
Tre tipi di cellule: origini simili con funzionalità diverse
Le celle a sacchetto, le celle cilindriche e le celle prismatiche sono state tutte sviluppate dalle tecnologie delle batterie 3C, ma le loro caratteristiche differiscono a seconda della struttura.
Il jellyroll della cella a sacca è ricoperto da una struttura simile a quella dell'involucro di pellicola di alluminio-plastica che si trova sulle espansioni polari. A causa di questa struttura morbida, questa cella prese il nome di "cella a marsupio". La cella a marsupio ha le caratteristiche di alta densità di energia ed eccellenti prestazioni di dissipazione del calore.
Il nome della cella cilindrica deriva dal rotolamento del jellyroll in una colonna, dove l'esterno è dotato di un guscio cilindrico in acciaio o alluminio. Questa cella cilindrica ha le caratteristiche di piccole dimensioni e alta efficienza produttiva.
La cella prismatica è il tipo di cella della batteria più utilizzato litioelettricità basata. È avvolto da un guscio di alluminio rettangolare, ha un pacco batteria integrato, è riempito di elettroliti ed è sigillato con un coperchio superiore per formare un'unità elettrochimica relativamente indipendente.
Dopo quasi dieci anni di sviluppo, la direzione tecnica di queste tre celle è diventata sempre più chiara.
La cella a marsupio offre vantaggi intrinseci in termini di massa e densità di energia e supera costantemente i limiti. Attualmente, la direzione di ricerca e sviluppo di questa cella è quella di risolvere una serie di problemi causati dalla produzione di gas all'interno della cella della batteria.
La cella cilindrica offre un diametro e una capacità della cella sempre crescenti. Partendo dall'originale 18650 (diametro 18 mm), è poi passato al 21700, quindi alla successiva serie 34 e ora al popolare 4680.
I vantaggi strutturali della cella prismatica stanno venendo alla luce grazie ai continui progressi nella ricerca e nello sviluppo dei materiali. Il tradizionale guscio in acciaio è stato sostituito da un guscio in alluminio ad alta resistenza, che porta la densità di massa-energia a un livello superiore. Gli sviluppi nella tecnologia di saldatura laser hanno anche risolto il problema della resistenza della saldatura tra la scocca e il coperchio superiore. Inoltre, la nascita delle laminazioni e della tecnologia catodo tab side-out ha significato progressi nelle sfide che devono affrontare l'utilizzo dello spazio.
Tutti i prodotti “gimmick” lanciati dalle fabbriche di batterie negli ultimi anni – che si pensi alla batteria “blade”, alla batteria “magazine” o alla batteria “Kirin”–, la base è sempre stata la cella prismatica. Ciò si è riflesso nel mercato delle batterie per veicoli elettrici, che ha mostrato che le batterie prismatiche installate nel 2021 hanno raggiunto i 121 GWh, pari all'81% (dai dati del rapporto sul mercato delle batterie per veicoli elettrici CITIC Securities 2021).
Produttori di batterie: lo sviluppo di molteplici percorsi tecnici
Ogni azienda di batterie sceglie un percorso tecnico durante la pianificazione iniziale. Ad esempio, il percorso delle celle cilindriche di Panasonic ha avuto origine dalla sua applicazione di successo delle celle 18650 nei laptop e dai successivi progressi tecnologici che ne derivarono. Il percorso dell'involucro in alluminio prismatico di BYD è correlato al suo utilizzo di batterie OEM per Nokia.
Tuttavia, con la ricerca in corso e lo sviluppo di nuove tecnologie, nonché i cambiamenti nei modelli di domanda e offerta del mercato, la stragrande maggioranza dei produttori di batterie svilupperà ora più percorsi tecnici:
- In qualità di maggiore fornitore di celle cilindriche, Panasonic ha avviato la ricerca e lo sviluppo di celle prismatiche in alluminio nello stabilimento di Dalian;
- LG Energy Solution è nota per le sue celle a sacchetto, tuttavia anche le sue celle cilindriche sono eccellenti;
- Le batterie EV di Samsung sono note per le loro celle prismatiche in alluminio, tuttavia, la produzione in serie delle 21700 celle cilindriche è già iniziata nello stabilimento di Tianjin;
- CATL sta implementando una serie di cilindri di grandi dimensioni e ha anche stretto una partnership con BMW, che dovrebbe iniziare a fornire la cella cilindrica della serie 46 nel 2025.
Oltre a sviluppare molteplici percorsi tecnici, imprese di batterie combineranno e modificheranno le caratteristiche delle celle della batteria per migliorare e aggiornare i propri prodotti, oppure utilizzeranno metodi non tecnici per mantenere i propri punti di forza.
Percorsi tecnologici: complementari e concorrenti
La scelta del percorso tecnologico dipende principalmente dagli sviluppi della tecnologia e dalla velocità con cui è possibile ottenere gli aggiornamenti. La scelta della direzione di sviluppo dipende principalmente dai seguenti fattori:
- Innovazione tecnica: Nel caso in cui non vi siano innovazioni rivoluzionarie all'interno di un percorso tecnico, le celle a sacchetto, le celle cilindriche e le celle prismatiche saranno tutte sviluppate simultaneamente per realizzare miglioramenti in termini di prestazioni e costi, in base alle loro caratteristiche.
- Imprese leader: Grazie al loro capitale e alle adeguate capacità tecnologiche, le aziende leader possono influenzare il settore ed evitare così le loro carenze. Finora, le aziende leader hanno scelto più di un percorso tecnologico, il che significa che i tre percorsi tecnologici occuperanno le rispettive quote di mercato per il prossimo futuro.
- Cambiamenti di mercato: È improbabile che l'attuale dominio del mercato interno da parte delle celle prismatiche in alluminio cambi nei prossimi anni. Tuttavia, il lancio della batteria 4680 fornisce un nuovo slancio di crescita per lo sviluppo della cella cilindrica, mentre le celle a sacchetto stanno guadagnando popolarità in alcuni mercati esteri.
Conclusione
L'aumento della popolarità delle celle sia cilindriche che a sacchetto significa che la concorrenza tra la cella prismatica e la cella a sacchetto è ancora incerta. Per quanto riguarda la scelta di LG Energy Solution di continuare sulla strada della cella a marsupio e abbandonare la ricerca e lo sviluppo della cella prismatica, ciò potrebbe essere dovuto ai loro già ingenti investimenti nella cella a marsupio e ai progressi tecnologici già raggiunti nella cella prismatica dalla batteria cinese imprese negli ultimi dieci anni.
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