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Sep 19, 2023

Les défis du lithium

Rahul Bollini écrit une série d'articles expliquant les défis rencontrés lors de la configuration d'une usine de fabrication de cellules lithium-ion, qui devraient intéresser toute entreprise se lançant dans ce domaine. Ce

Rahul Bollini écrit une série d'articles expliquant les défis rencontrés lors de la configuration d'une usine de fabrication de cellules lithium-ion, qui devraient intéresser toute entreprise se lançant dans ce domaine. Cet article (partie 6 de la série) explique les défis auxquels est confrontée l'entreprise de fabrication de cellules lithium-ion lors de la planification de son expansion et de sa diversification.

L'expansion pour le même type de fabrication de cellules se fait généralement de manière modulaire, ce qui signifie que plusieurs lignes du même type d'équipement sont ajoutées si l'usine est déjà entièrement automatisée. Dans le cas où l'usine n'est pas entièrement automatisée, l'automatisation est déployée pour augmenter le rendement de l'équipement existant.

Moins d’automatisation permet plus de flexibilité dans le résultat souhaité, mais avec certaines limitations. Par exemple, les capacités de 15 Ah (modèle à durée de vie plus élevée) et 16 Ah du LFP au format cylindrique 33140 peuvent être produites avec le même équipement. Des cellules de hauteur inférieure et de diamètre similaire, telles que 6 Ah de LFP au facteur de forme cylindrique 32 700, peuvent également être produites à partir du même équipement (quelques modifications et réglages mineurs requis). De plus, des cellules à densité d'énergie gravimétrique (Wh) plus élevée et plus faible peuvent être produites en modifiant la conception interne de la cellule. Les cellules LFP peuvent atteindre très près de 200 Wh/Kg en utilisant simplement des collecteurs de courant plus fins et en utilisant plus de matériau actif dans la composition de la suspension cathodique et anodique. Mais cela affecte la durée de vie, la résistance interne, la vitesse de charge et entraînera une augmentation de la température pendant le fonctionnement.

Une usine déjà bien automatisée et fonctionnant à pleine capacité n’a pas beaucoup de marge pour augmenter la capacité de production. Par conséquent, des lignes de taille similaire sont ajoutées en plus grand nombre pour augmenter la capacité de production. On pourrait se demander quelle est la différence entre les équipements des usines semi-automatiques et entièrement automatiques ? Pour commencer, la capacité du mélangeur serait plus petite et leurs quantités seraient plus élevées dans une usine semi-automatique pour permettre diverses formulations et différentes vitesses de mélange afin de produire différents types de cellules. D’un autre côté, une usine entièrement automatique utiliserait une plus grande capacité pour assurer une plus grande homogénéité de la production et se concentrerait sur la fabrication d’un moins grand nombre de modèles de cellules.

Si l'intégrateur système pour l'agrandissement de l'usine est différent du précédent, en particulier lorsque les niveaux d'automatisation augmentent, cela peut poser un défi pour faire fonctionner l'usine selon le rendement souhaité. Il pourrait y avoir certains retards et un gaspillage plus important de matières premières et de production. Avec l'évolution des styles d'automatisation, les styles de production évoluent et la main-d'œuvre a besoin d'une formation supplémentaire pour gérer ces changements.

Pour une entreprise de fabrication de cellules, il est crucial de produire une gamme diversifiée de cellules afin de répondre aux besoins d’un plus large éventail d’applications. En raison de leur densité énergétique (gravimétrique et volumétrique), de leur tension, de leur puissance et de leur durée de vie plus élevées, les batteries lithium-ion deviennent de plus en plus populaires. En conséquence, de nombreuses applications sont désormais en transition vers ces batteries. Mais ces applications nécessitent différents types de cellules lithium-ion. Considérez une cellule lithium-ion utilisée dans un téléphone portable par rapport à celle utilisée dans un bus électrique. Ces deux applications nécessitent des facteurs de forme, des capacités et des produits chimiques différents. Il peut être difficile pour un fabricant de cellules de produire pour les deux, mais sélectionner des applications utilisant des paramètres similaires pour les cellules lithium-ion est une tâche plus simple.

Même facteur de forme, différentes capacités/puissances nominales – Avez-vous déjà entendu parler des cellules EV et des cellules ESS ? Prenons un exemple de cellule prismatique LFP. Un fabricant peut produire des cellules EV capables de fournir une puissance plus élevée (taux C) et d’avoir une densité énergétique (gravimétrique et volumétrique) plus élevée, mais une durée de vie plus courte. Comparez-le avec les cellules ESS du même type prismatique LFP, qui auraient une puissance et une densité d'énergie inférieures mais offriraient une durée de vie plus longue. Les changements se produisent dans la conception des cellules et dans le type de matériaux (spécifications similaires mais différentes) utilisés.