CATL heeft een doorbraak aangekondigd in lithium-metaal batterijtechnologie
CATL, de grootste fabrikant van batterijen voor elektrische voertuigen ter wereld, heeft een doorbraak aangekondigd in lithium-metaal batterij (LMB) technologie door middel van een statistische analysemethode genaamd Quantitative Mapping.
Wat is bekend
De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Nanotechnology. CATL beweert dat het eerder onontgonnen terrein van elektrolytstrategieën heeft betreden. De innovatieve aanpak stelt de creatie van LMB's met een hoge energiedichtheid en een verlengd levensduur mogelijk, wat een langdurig probleem in het veld oplost. Het geoptimaliseerde prototype heeft een levensduur van 483 cycli bereikt en kan worden geïntegreerd in huidige ontwerpen om energiedichtheden van meer dan 500Wh/kg te bereiken, wat een belangrijke stap markeert richting commerciële haalbaarheid voor LMB-toepassingen in elektrische voertuigen en elektrische luchtvaart.
LMB's vertegenwoordigen een van de veelbelovende gebieden van batterijen van de volgende generatie vanwege hun inherent hoge energiedichtheid. Vooral voor toepassingen met hoge prestaties zoals elektrische voertuigen met een groot bereik. Echter, deze batterijen hebben lange tijd een afweging moeten maken tussen energiedichtheid en cyclustijd. Eerdere onderzoeken hebben zich gericht op het verbeteren van de celprestaties door het optimaliseren van solvatie-structuren en elektrolytinterfaces. En deze benaderingen hebben vaak geleid tot een vermindering van de levensduur, zonder commercieel haalbare oplossingen te bieden. Er is beperkte vooruitgang geboekt in het begrijpen van de faalmodi van LMB's door de moeilijkheid om het verbruik van actieve lithium en elektrolytentcomponenten tijdens het cyclen nauwkeurig te kwantificeren.
Om dit obstakel te overwinnen, heeft het R&D-team van CATL een reeks analytische methoden ontwikkeld en verfijnd om de evolutie van actief lithium en elk elektrolytcomponent gedurende de levenscyclus van de batterij te volgen. Deze aanpak transformeerde een "zwarte doos" in een "witte doos", waarbij kritieke uitputtingspaden die leiden tot cellenfouten werden onthuld. Het team ontdekte dat, in tegenstelling tot eerdere aannames, de dominante oorzaak van cel falen niet de degradatie van oplosmiddelen, de accumulatie van "dode" lithium of verstoring van solvatie is, maar het continue verbruik van LiFSI elektrolyt zout, waarvan 71% verbruikt is aan het einde van de levensduur. Deze bevindingen benadrukken de noodzaak om de focus van de industrie te verbreden buiten de Coulomb-batterij efficiëntie (CE), die lange tijd als een belangrijke maatstaf voor LMB werd beschouwd, en om de levensduur van de elektrolyt als een kritische factor voor duurzame prestaties op te nemen.
Gebaseerd op deze bevindingen heeft CATL de elektrolyt-samenstelling geoptimaliseerd door een verdunner met een lagere moleculair gewicht in te voeren. Deze aanpassing verhoogde het massadeel van LiFSI-zout, verbeterde de ionische geleidbaarheid en verminderde de viscositeit, zonder dat de totale massa van gebruikte elektrolyt toenam. Het resulterende LMB-prototype, dat dezelfde CE vertoont als de vorige iteratie, verdubbelt de cyclustijd tot 483 cycli en kan worden gebruikt in nieuwe ontwerpen met energiedichtheden groter dan 500Wh/kg. Met andere woorden, CATL belooft zowel efficiënte als langdurige batterijen.
Het onderzoek werd uitgevoerd in het 21C Lab van CATL, dat zich richt op het ontwikkelen van batterijtechnologieën van de volgende generatie. CATL heeft in 2024 in totaal ongeveer 18,6 miljard yuan (US$2,59 miljard) geïnvesteerd in onderzoek en ontwikkeling.
Bron: CATL
