Wawasan Pakar dari Pengembang Baterai Lithium-Ion: Tiga Aspek Penting yang Perlu Diperhatikan dalam Pengembangan Baterai

Bagaimana Cara Meningkatkan Energi Densitas

"Kapasitas baterai ditentukan oleh dua faktor utama: bahan yang digunakan dan struktur baterai. Oleh karena itu, bahan dan struktur terbaik bervariasi tergantung pada filosofi desain dan kasus penggunaan masing-masing perusahaan. Ini adalah keadaan industri baterai saat ini," kata Tn. Yajima.

Misalnya, bahan katoda yang digunakan dalam baterai lithium-ion sering kali mencakup NMC (Nickel Manganese Cobalt), yang dikenal sebagai bahan terner karena kepadatan energinya yang tinggi. Ini adalah salah satu alasan utama penggunaannya yang luas. Di sisi lain, LFP (Lithium Iron Phosphate) unggul dalam hal keamanan, masa pakai, dan efisiensi biaya, tetapi kepadatan energinya tidak sesuai dengan NMC.

"Berbagai bahan selain grafit sedang diteliti untuk anoda."

Pilihan bahan anoda yang dikombinasikan dengan bahan katoda juga merupakan faktor penting dalam menentukan kapasitas baterai. Sementara grafit saat ini merupakan bahan yang dominan, ada bahan anoda lain yang ditujukan untuk kapasitas yang lebih tinggi. Silikon, misalnya, menjanjikan kapasitas sepuluh kali lebih besar dari grafit dan menarik perhatian sebagai bahan anoda untuk baterai generasi berikutnya. Namun, penggunaan silikon sebagai bahan anoda menyebabkan volume anoda mengembang dibandingkan dengan anoda yang hanya mengandung grafit, yang menyebabkan degradasi baterai. Oleh karena itu, metode yang melibatkan penambahan sebagian silikon ke anoda grafit sedang dipertimbangkan. "Pendekatan ini cukup masuk akal", kata Tn. Yajima.

"Dengan meningkatkan pemanfaatan ruang pada kemasan baterai, mirip dengan Baterai Blade yang diadopsi oleh BYD, kepadatan energi yang sebanding dengan NMC dapat dicapai bahkan dengan LFP."

Tidak hanya bahan yang digunakan tetapi juga bagaimana sel baterai disusun merupakan faktor penting terkait dengan kapasitas baterai. Dalam sistem Baterai Blade yang merupakan jenis metode Cell-to-Pack, sel baterai disusun pada bilah dengan celah minimal, sehingga sulit untuk memastikan keamanan melalui pemisahan spasial. Hal ini diimbangi oleh keamanan bawaan bahan LFP (Lithium Iron Phosphate).

Selain Cell-to-Pack, ada banyak jenis struktur baterai lainnya. Pilihan bahan dan struktur bergantung pada filosofi desain dan kasus penggunaan masing-masing perusahaan. "Tidak ada satu jawaban yang benar, yang merupakan keadaan industri baterai saat ini," jelas Tn. Yajima.

"Yang terpenting adalah keselamatan, termasuk mencegah terjadinya kebakaran dan penyebaran api."

"Di atas segalanya, memastikan keselamatan adalah persyaratan mutlak. Untuk memenuhi persyaratan ini, kami harus memilih bahan, mempertimbangkan struktur, dan mempersiapkan keadaan darurat dalam desain untuk mengambil setiap tindakan pencegahan yang memungkinkan."

Untuk mencegah kebakaran terkait baterai pada kendaraan listrik, yang tidak boleh terjadi, perusahaan mencurahkan upaya signifikan untuk langkah-langkah keselamatan. Standar dan peraturan internasional mengharuskan berbagai pengujian untuk pembuangan panas, benturan, tabrakan, dan pencegahan kebakaran. Baterai dirancang dengan struktur untuk pendinginan dan pembuangan panas, serta penyerapan benturan, untuk memenuhi standar dan peraturan ini.

Meskipun desain struktural dan pemilihan bahan bertujuan untuk mencegah percikan api, "sama pentingnya untuk mempertimbangkan cara mencegah penyebaran api jika terjadi kebakaran baterai yang tidak dapat dihindari," kata Tn. Yajima.

"Misalnya, jika seorang ibu dan dua anaknya berada di dalam mobil dan baterai terbakar, mungkin perlu waktu lima menit bagi ibu tersebut untuk mengeluarkan anak-anaknya dari mobil sendirian. Dalam kasus ini, kami perlu mencegah penyebaran api di kendaraan listrik setidaknya selama lima menit," jelasnya.

Misalnya, menurut standar GB China, baterai tidak boleh terbakar dalam waktu lima menit setelah sistem manajemen baterai mengeluarkan peringatan untuk memastikan pengemudi memiliki waktu untuk menyelamatkan diri jika baterai mengalami thermal runaway. Untuk mencapai hal ini, desain harus mencakup struktur yang membatasi intensitas api dengan mencegah pasokan oksigen di dalam baterai, dan bahan tahan api di sekitar baterai untuk memperlambat penyebaran api.

Kemampuan mengamankan material berdampak signifikan terhadap kapasitas produksi EV.

Seiring meningkatnya permintaan kendaraan listrik, perhatian utama saat mencoba meningkatkan produksi baterai adalah mengamankan bahan-bahan seperti lithium, nikel, kobalt, mangan, dan grafit. Misalnya, sekitar 50% cadangan kobalt berada di Kongo, dan sebagian besar proses pemurnian dilakukan di Tiongkok, yang menyebabkan terkonsentrasinya sumber daya di negara-negara tertentu.

"Konsentrasi sumber daya menggarisbawahi pentingnya daur ulang bahan yang digunakan dalam baterai."

Di negara-negara seperti Jepang yang bergantung pada sumber daya impor, sangat penting untuk menggunakan kembali sumber daya yang diperoleh, katanya. Dari perspektif biaya, daur ulang bahan katoda, yang merupakan bagian penting dari biaya baterai, sangat bermanfaat.

Selain daur ulang, diversifikasi perolehan sumber daya dari berbagai negara daripada hanya mengandalkan negara-negara tertentu juga dapat bermanfaat dalam menstabilkan pasokan sumber daya dan meminimalkan risiko yang terkait dengan geopolitik internasional.

Kendaraan listrik memainkan peran utama dalam industri otomotif, yang sedang mengalami apa yang disebut sebagai "periode transformasi sekali dalam satu abad". NAGASE mendukung masa depan kendaraan listrik dengan produk dan teknologi seiring kemajuan penelitian dan pengembangan di berbagai aspek seperti desain baterai, keselamatan, dan material.