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Sep 07, 2023

Materiales de la batería

Los consumidores de vehículos eléctricos desean una mayor autonomía y una carga rápida para volver

Los consumidores de vehículos eléctricos desean una mayor autonomía y una carga rápida para volver a la carretera rápidamente. Almacenar más energía en relación con el peso y el volumen y aceptar tasas de carga más altas aumentan los requisitos de rendimiento, estabilidad y seguridad del material. La adopción más amplia de vehículos eléctricos exige una mejor utilización de los materiales a lo largo de la cadena de suministro.

META está desarrollando nuevos materiales para baterías y técnicas de fabricación para hacer frente a todos estos desafíos.NCORE™ Los colectores de corriente compuestos de polímero, fabricados con la tecnología patentada de recubrimiento al vacío de alta velocidad PLASMAfusion®, reducen significativamente el peso y agregan una característica de seguridad similar a la de un fusible. Los separadores cerámicos NPORE® presentan una contracción térmica <1 % para mayor seguridad y ofrecen un rendimiento electroquímico superior.

Los colectores de corriente son componentes esenciales de las baterías de iones de litio y consisten en láminas de aluminio (Al) y cobre (Cu) para el cátodo y el ánodo, respectivamente. En conjunto, los colectores de corriente representan aproximadamente el 15 % de la masa total de las celdas de la batería y no contribuyen activamente a la capacidad de la batería. El Al tiene una densidad baja de 2,70 g/cm3 mientras que el Cu es mucho más pesado con 8,96 g/cm3, de modo que los colectores de corriente de lámina de Cu representan más del 10 % del peso de una batería típica de iones de litio.

Un sustrato de plástico PET/PEN, recubierto con capas delgadas (150-250 nm) de Cu en cada lado y puentes metálicos integrados para la conductividad, promete la misma funcionalidad y costo que la lámina de cobre, al mismo tiempo que brinda varios beneficios. El peso se reduce en ~85% y el grosor reducido permite un material más activo, aumentando la energía y la densidad de potencia. En caso de fuga térmica, el plástico se derrite, lo que mejora la seguridad al retardar el autoencendido de la batería. Un menor contenido de cobre reduce la entrada de energía para producir la batería y mejora el reciclaje.

NPORE® es el primer separador de membrana nanoporosa de cerámica flexible e independiente del mundo para baterías de iones de litio. Los separadores NPORE® eliminan el uso de sustratos de plástico, brindan una funcionalidad superior y una excelente resistencia al calor para las baterías de iones de litio actuales y de próxima generación.

Las características de NPORE® incluyen:

El separador y los colectores de corriente (CC) constituyen algunos de los componentes fundamentales de toda batería de iones de litio (LIB). Si bien no participan directamente en la cinética de la electroquímica, estos componentes pasivos son un determinante principal de la seguridad, el rendimiento, la longevidad, el peso y el volumen de una celda. Disminuir su peso o volumen dentro del rango en el que sus funcionalidades no se ven afectadas negativamente puede mejorar directamente la energía gravimétrica o volumétrica y la densidad de potencia de una celda. En la siguiente presentación, presentamos un nuevo enfoque para mejorar la seguridad y el rendimiento de las LIB de varios tamaños y químicas que utiliza dos componentes pasivos inteligentes de última generación, a saber, un compuesto de metal y polímero CC (NCORE™) y una cerámica nanoporosa. separador (NPORE®). NCORE™ se fabrica recubriendo un sustrato de polímero de 6 μm de espesor con una capa delgada (250 nm) de metal de cobre (Cu) en cada lado. Los elementos de Cu de alta densidad (puentes) también se incrustan dentro del sustrato en este proceso de metalización. El material resultante muestra una mayor conductividad tanto en el plano como fuera del plano. Al funcionar como un fusible inteligente, NCORE™ evita que la corriente de entrada adicional desencadene una fuga térmica que puede provocar un incendio peligroso que es extremadamente difícil de extinguir en una celda cuando su temperatura interna supera los 250 °C. Al eliminar hasta el 90 % del Cu contenido en un CC típico, NCORE™ reduce el peso de la batería y mejora su rendimiento y reciclabilidad. NPORE® es un separador cerámico nanoporoso, robusto y patentado que es altamente resistente a la fusión y la contracción. En el caso de un cortocircuito interno entre los electrodos, que puede ser causado por una dendrita u otro defecto, NPORE® no se aleja de la ubicación del defecto, lo que impide que el calor causado por el cortocircuito propague una fuga térmica. La combinación de NCORE™ y NPORE® ofrece una solución de seguridad innovadora para LIB de una amplia gama de químicas y factores de forma.