リチウム時の課題

Jun 22, 2023

Rahul Bollini は、リチウムイオン電池製造プラントのセットアップ中に直面する課題を説明する一連の記事を執筆しています。これは、この分野に参入するすべての企業に関連するはずです。 この記事 (シリーズのパート 6) では、リチウムイオン電池製造会社が拡大と多様化を計画する際に直面する課題について説明します。

同じタイプのセル製造の拡張は通常、モジュール方式で行われます。つまり、プラントがすでに完全に自動化されている場合は、同じタイプの装置の複数のラインが追加されます。 プラントが完全に自動化されていない場合は、既存の設備の生産量を増やすために自動化が導入されます。

自動化を減らすと、目的の出力をより柔軟に行うことができますが、いくつかの制限があります。 たとえば、33140 円筒フォームファクタースキャンの 15Ah (高サイクル寿命モデル) と 16Ah の容量の LFP は、同じ装置で生産されます。 32700 円筒形フォームファクターの 6Ah LFP など、より低い高さと同様の直径を備えたセルも、同じ装置から製造できます (いくつかの小さな変更と調整が必要です)。 さらに、内部セルの設計を変更することで、より高いまたはより低い重量エネルギー密度 (Wh) のセルを製造できます。 LFP 電池は、より薄い集電体を使用し、カソードおよびアノードのスラリー組成物により多くの活性物質を利用するだけで、200Wh/Kg に非常に近くなる可能性があります。 ただし、これはサイクル寿命、内部抵抗、充電速度に影響を与え、動作中の温度上昇につながります。

すでに十分に自動化されたプラントがフル稼働で稼働している場合、生産能力を拡大する余地はあまりありません。 したがって、生産能力を高めるために、同様のサイズのラインがさらに多く追加されます。 半自動プラントと全自動プラントの装置の違いは何ですか?と疑問に思う人もいるかもしれません。 まず、半自動プラントではミキサーの容量が小さくなり、その量が多くなり、さまざまな配合とさまざまな混合速度でさまざまなタイプのセルを製造できるようになります。 一方、全自動プラントでは、より高い均一性を確保するためにより大きな生産能力が使用され、製造するセルのモデルの数を減らすことに重点が置かれます。

プラント拡張のシステム インテグレーターが以前のシステム インテグレーターと異なる場合、特に自動化レベルが増加する場合、プラントを希望の出力どおりに稼働させることが困難になる可能性があります。 一定の遅延が発生したり、原材料や生産量の無駄が増加したりする可能性があります。 自動化のスタイルの変化に伴い、生産スタイルにも変化が生じ、従業員はこれらの変化に対応するための追加のトレーニングを必要とします。

セル製造会社にとって、より幅広い用途のニーズを満たすためには、多様なセルを製造することが重要です。 リチウムイオン電池は、エネルギー密度 (重量および体積)、電圧、電力、サイクル寿命が高いため、ますます人気が高まっています。 その結果、多くのアプリケーションがこれらのバッテリーに移行しつつあります。 しかし、これらの用途には異なるタイプのリチウムイオン電池が必要です。 携帯電話で使用されるリチウムイオン電池と電気バスで使用されるリチウムイオン電池を考えてみましょう。 これら 2 つのアプリケーションには、異なるフォーム ファクター、容量、および化学的性質が必要です。 電池メーカーが両方の電池を製造することは困難な場合がありますが、リチウムイオン電池に同様のパラメータを使用するアプリケーションを選択することは簡単な作業です。

同じフォームファクタ、異なる容量/電力定格 – EVセルとESSセルについて聞いたことがありますか？ LFP 角形セルの例を見てみましょう。 メーカーは、より高い出力 (C レート) を供給でき、より高いエネルギー密度 (重量および体積) を有するものの、サイクル寿命が短い EV セルを製造できます。 同じ LFP 角柱タイプの ESS セルと比較してください。ESS セルは、出力とエネルギー密度が低くなりますが、サイクル寿命が長くなります。 変更は、セルの設計と使用される材料の種類 (仕様は似ているが異なる) で発生します。