Est-ce la technologie de la chaîne d'approvisionnement ou l'auto-recherche ? Le secret de l'augmentation de la durée de vie des batteries des téléphones portables nationaux ?

Depuis que les écrans des smartphones sont devenus de plus en plus grands, la durée de vie de la batterie semble n'avoir jamais été aussi bonne. L'expérience de recharger pendant plusieurs jours à l'ère des téléphones multifonctions a disparu à jamais.

Encore une fois, quelle était la durée d'utilisation de l'écran des précédents téléphones multifonctions ? Est-ce 1 heure par jour ? Les smartphones d’aujourd’hui ont tellement de fonctions, des écrans si grands, et ils doivent rester en ligne tout le temps. La durée d’utilisation de l’écran est d’au moins cinq ou six heures. Une charge par jour semble être très puissante !

Si vous avez utilisé des modèles phares nationaux sortis au cours de l'année écoulée, vous constaterez que la durée de vie de leur batterie a fait de grands progrès et qu'ils peuvent essentiellement être rechargés tous les deux jours. Comment les batteries de téléphones portables ont-elles atteint leur niveau actuel en seulement une douzaine d’années ? Que sont la batterie du lac Qinghai, la batterie Blue Ocean, la batterie de la rivière Jinsha et d'autres technologies que les fabricants ont lancées au cours de l'année écoulée ? Pourquoi les moments sont-ils si proches ?

Le passage du nickel au lithium

La nouvelle génération d'utilisateurs de téléphones portables n'a peut-être pas entendu parler de la théorie magique selon laquelle "charger la batterie avant qu'elle ne soit épuisée réduira la capacité de la batterie", et c'est ce que proposaient les premiers téléphones portables. L'un des inconvénients majeurs des batteries nickel-cadmium est l'effet mémoire. Plus tard, les batteries nickel-hydrure métallique sont apparues et l'effet mémoire a été considérablement amélioré.

Jusqu'au tournant du millénaire, les matériaux et la technologie de fabrication des batteries lithium-ion ont connu des innovations majeures. Le coût a considérablement diminué, la densité énergétique a augmenté et le problème de l'effet mémoire de la batterie a été résolu. Ces améliorations ont fait que les batteries lithium-ion sont rapidement devenues le choix standard dans l'industrie de la téléphonie mobile, et l'ensemble du secteur est officiellement entré dans l'ère des batteries au lithium.

Les batteries au lithium traditionnelles utilisent des électrolytes liquides, ce qui limite la forme et la taille de la batterie. Étant donné que l'électrolyte doit rester stable à l'intérieur de la batterie tout en empêchant les fuites et la corrosion, un boîtier rigide est souvent utilisé, ce qui limite la forme de la batterie. De plus, les électrolytes liquides peuvent se dilater ou brûler lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées ou à une surcharge.

Plus tard, les batteries au lithium polymère ont évolué vers des batteries au lithium polymère, qui sont largement utilisées dans l'industrie. Elles utilisent des électrolytes colloïdaux ou solides et sont emballées avec un film d'aluminium. Elles ont plus de liberté en termes de taille et de forme et peuvent s'adapter de manière flexible aux produits électroniques. des espaces intérieurs de plus en plus compacts. La stabilité thermique et mécanique de la batterie est également meilleure, réduisant ainsi les risques pour la sécurité.

Après le développement de la technologie des batteries de téléphones portables vers le lithium polymère, elle n'a pas été significativement améliorée depuis longtemps car les limites des anodes en graphite dans les batteries au lithium sont progressivement apparues.

La capacité spécifique théorique de l'anode en graphite est limitée à 372 mAh/g et le taux de diffusion des ions lithium est faible. Ces facteurs limitent l'amélioration de la densité énergétique de la batterie et de la capacité de charge rapide.

En plus des défauts de performance du matériau lui-même, le graphite naturel, en tant que ressource non renouvelable, est également confronté à de nombreux problèmes.

Selon les données de l'United States Geological Survey (USGS), les réserves mondiales de graphite en 2020 sont d'environ 300 millions de tonnes. Selon le rythme d'exploitation actuel, les ressources mondiales de graphite devraient être épuisées d'ici 2050. Dans le même temps, le graphite naturel, en tant que ressource naturelle, est également affecté par des facteurs géographiques tels que le gaz naturel et le pétrole, et son approvisionnement n'est pas stable.

Le graphite artificiel peut éviter dans une certaine mesure les problèmes causés par le graphite naturel, mais le processus de production de graphite artificiel nécessite une grande quantité d'énergie et produit une grande quantité d'eaux usées s'il n'est pas traité correctement, il provoquera de graves problèmes de sol et d'eau. la pollution, et être lié aux « énergies nouvelles » qualifiées de « respectueuses de l'environnement » va à contre-courant.

Il existe également le facteur d'influence le plus important dans les affaires : les intérêts. Sur la base du processus de production actuel, le graphite artificiel de même pureté est 20 à 30 % plus cher que le graphite naturel. À mesure que les ressources naturelles en graphite diminuent, le prix du graphite naturel deviendra de plus en plus élevé.

Par conséquent, trouver des matériaux alternatifs au graphite est devenu l’une des orientations de développement les plus importantes dans l’industrie des batteries au lithium.

La nouvelle génération de batteries au lithium : l'anode en silicium-carbone

Qu'il s'agisse de la batterie Qinghai Lake, de la batterie Blue Ocean ou de la batterie Jinsha River, elles ont toutes mentionné « anode en silicium-carbone » dans leurs promotions, ce qui est aussi la solution pour les problèmes de batterie actuels technologies clés.

Comme mentionné ci-dessus, les inconvénients du graphite en tant que matériau d'électrode négative, existe-t-il d'autres matériaux qui peuvent le remplacer ? Oui, c'est le silicium ?

Le silicium, en tant que matériau d'électrode négative, a une capacité spécifique théorique allant jusqu'à 4 200 mAh/g, soit près de 11 fois celle du graphite. Cela signifie que les batteries au lithium utilisant des anodes en silicium peuvent théoriquement augmenter considérablement la densité énergétique, prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie et réduisant le nombre de recharges.

Cependant, les matériaux en silicium subiront une expansion de volume allant jusqu'à 300 % pendant la charge et la décharge. Ce changement de volume important entraînera la rupture du matériau de l'électrode, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie.

Pour relever ce défi, les scientifiques ont développé des matériaux composites silicium-carbone. En combinant des nanoparticules de silicium avec des matériaux carbonés, la stabilité du matériau carboné peut être utilisée pour supprimer l'expansion volumique du silicium et améliorer la conductivité globale à travers le réseau conducteur de carbone.

Bien que la technologie des anodes silicium-carbone ait un grand potentiel pour améliorer les performances de la batterie, ses difficultés de processus existent toujours. La préparation des anodes silicium-carbone nécessite un contrôle précis de la nanostructure du matériau et une répartition uniforme du silicium et du carbone. En outre, l’efficacité initiale et la stabilité du cycle lors de la fabrication des batteries sont également des défis clés à surmonter.

Groupe14 et ATL

En fait, la technologie des batteries à anode silicium-carbone a réussi la vérification de faisabilité dès les années 1970. Pourquoi n'avons-nous pas vu un grand nombre de terminaux grand public l'adopter avant l'année dernière ?

Je dois mentionner deux sociétés, l'une est la célèbre ATL (New Energy), qui est la société mère de Ningde New Energy et Dongguan New Energy, et l'autre est la start-up Group14.

Le 28 février 2023, Group14 a officiellement annoncé avoir fourni des matériaux SCC55 à ATL pour alimenter des produits 3C tels que les smartphones de nouvelle génération, et a déclaré que les téléphones mobiles utilisant des matériaux de batterie SCC55 seraient bientôt disponibles.

Le 6 mars, une semaine plus tard, Honor a lancé le premier smartphone au monde équipé de la technologie de batterie à anode silicium-carbone, la série Magic5. Les médias industriels TechInsights ont également confirmé que la mise en œuvre de cette technologie est dirigée par le produit de matériau de batterie SCC55 de Group14.

On peut également voir dans la célèbre vidéo de démontage du micro-ordinateur principal d'Up que qu'il s'agisse de la batterie Qinghai Lake, de la batterie Blue Ocean ou de la batterie Jinshajiang, elles sont toutes produites par la société Xinnengde et utilisent des cellules ATL. Nous pouvons en déduire que la technologie d’anode en silicium-carbone qu’ils utilisent utilise le matériau SCC55 du groupe 14.

Pourquoi doit-il s’agir du SCC55 du Group14 ? Parce qu'il n'existe actuellement pas beaucoup d'entreprises capables de produire en masse des matériaux d'anode en silicium-carbone, et le Groupe 14 détient la plus grande part d'entre elles.

Étoile montante : SCC55

Avant de présenter officiellement SCC55, commençons par comprendre brièvement quel type d'entreprise est Group14.

Le silicium se classe 14ème dans le tableau périodique des éléments, d'où vient le « 14 » du groupe 14. Fondée en 2015, cette société s'engage à convertir les batteries lithium-ion en batteries à anode lithium-silicium pour aider à résoudre les problèmes de stockage d'énergie. Elle a successivement reçu des investissements d'ATL, SK Materials, Porsche et d'autres sociétés, pour un montant cumulé de plus de 1 000 000 $. 600 millions de dollars américains. C'est le principal acteur de l'industrie des batteries au lithium.

L'anode en silicium-carbone est une technologie émergente. De nombreuses entreprises nationales et étrangères y travaillent, et beaucoup d'entre elles ont même publié des paramètres très étonnants sur "PPT". Cependant, nombre d’entre eux restent encore à l’état de laboratoire ou même à l’état théorique, loin de répondre aux exigences d’une production de masse.

Group14 est presque le premier à réaliser une production de masse à grande échelle, et il présente également des avantages inégalés en termes d'applications.

Le caractère unique du SCC55 réside dans sa conception structurelle. Le matériau est constitué de nanoparticules de silicium intégrées dans un échafaudage de carbone. Cette structure permet aux particules de silicium d'entrer entièrement en contact avec l'électrolyte, améliorant ainsi l'efficacité de charge et de décharge de la batterie. De plus, l'échafaudage en carbone fournit un support mécanique pour empêcher les particules de silicium de se dilater et de rétrécir pendant la charge et la décharge.

Par conséquent, la densité énergétique de la batterie à anode en silicium SCC55 est 50 % supérieure à celle de la batterie lithium-ion traditionnelle, et la vitesse de charge est plus rapide, ne prenant théoriquement que quelques minutes. Le matériau SCC55 est également facile à mettre en production. Des piles boutons aux batteries souples, les fabricants peuvent facilement intégrer le SCC55 dans n'importe quelle ligne de production de batteries lithium-ion, super usine ou conception de batteries sans réajustement du processus.

Par rapport aux concepts, la production de masse à grande échelle est la base de la rentabilité.

Le processus en deux étapes de Group14 simplifie la mise à l'échelle, en synthétisant d'abord du carbone pour créer l'échafaudage de carbone, puis en créant du silicium à l'intérieur de l'échafaudage et en ajustant les vides internes, pour finalement former l'incroyable SCC55. Les détails spécifiques du processus ont déjà été déposés pour des brevets mondiaux par Group14 et sont devenus la pierre angulaire de son empire commercial.

Group14 a également conçu un processus facilement reproductible pour construire des usines de toutes tailles (usines BAM) partout où cela est nécessaire. Chaque module est autonome et peut produire 10 GWh de matière par an. N'importe quel nombre de modules peut également être combiné selon les besoins pour former une usine BAM de n'importe quelle taille.

En termes de capacité de production, l'usine BAM-1 de Group14 à Woodinville, Washington, États-Unis fournit actuellement plus de 65 clients, qui représentent 95 % du marché mondial de production de batteries. Les usines BAM sont également déployées en Asie, en Europe et ailleurs. Régions. Ce qui est certain, c'est que la production de l'usine BAM-1 a dépassé les 10 GWh, ce qui peut répondre aux besoins d'environ 100 000 à 200 000 véhicules électriques.

Si la production se déroule sans problème, la capacité de production de l'usine BAM-2 à Washington sera le double de celle de BAM-1, et elle deviendra la plus grande usine de technologie avancée de batteries à anodes de silicium au monde en 2024.

Écrit à la fin

Les gens de l'industrie se moquent souvent : il ne s'agit pas uniquement de technologie de la chaîne d'approvisionnement, qu'en est-il de l'auto-recherche. À en juger par les résultats, les cellules d'électrodes négatives en silicium-carbone de ces sociétés proviennent toutes d'ATL et sont très probablement fabriquées en matériau SCC55. Cela semble être le cas.

Mais en fait, la communication entre la chaîne d'approvisionnement et les fabricants n'est pas à sens unique. L'application de nombreux matériaux et technologies est souvent le résultat des efforts conjoints des deux parties. Par analogie, la technologie de la chaîne d'approvisionnement est comme les ingrédients. Le produit final dépend toujours des techniques de cuisson et de l'assaisonnement du chef.

En prenant comme exemple la durée de vie des batteries évoquée dans cet article, l'application de la production de masse de batteries à anodes silicium-carbone est la clé. La densité énergétique théorique des anodes silicium-carbone est bien supérieure à celle des anodes en graphite traditionnelles, ce qui peut grandement améliorer la durée de vie de la batterie. Le matériau SCC55 de Group14 est actuellement l'un des matériaux d'anode silicium-carbone les plus représentatifs, avec d'excellentes performances et capacités de production de masse.

Dans le même temps, divers fabricants de téléphones mobiles ont également optimisé le processus d'emballage de la batterie, la gestion de l'alimentation, la planification du système, etc., et ont finalement permis aux consommateurs d'obtenir des téléphones mobiles avec une excellente autonomie de batterie.

Quant à la question évoquée dans le titre de cet article, chacun peut avoir sa propre compréhension.

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