มุมมองจากผู้เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน: 3 ปัจจัยสำคัญที่ต้องมุ่งเน้นในการพัฒนาแบตเตอรี่

การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน

“ความจุของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับ 2 ปัจจัยหลัก คือ วัสดุที่ใช้และโครงสร้างของแบตเตอรี่ ดังนั้น วัสดุและโครงสร้างที่ดีที่สุดจะแตกต่างกันไปตามแนวคิดการออกแบบและกรณีการใช้งานของแต่ละบริษัท นี่คือสภาพปัจจุบันของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่” คุณยาจิมะกล่าว

ตัวอย่างเช่น วัสดุแคโทดที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมักจะประกอบด้วย NMC (Nickel Manganese Cobalt) ซึ่งเป็นวัสดุที่รู้จักกันในชื่อวัสดุแคโทดสามเฟรมเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง นี่เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้วัสดุนี้ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลาย ในทางกลับกัน LFP (Lithium Iron Phosphate) มีความโดดเด่นในด้านความปลอดภัย อายุการใช้งาน และความคุ้มค่า แต่ความหนาแน่นของพลังงานยังไม่สามารถเทียบเท่ากับ NMC ได้

“กำลังมีการวิจัยวัสดุประเภทอื่นๆ นอกเหนือจากกราไฟต์สำหรับแอโนด”

การเลือกวัสดุแอโนดที่ใช้ร่วมกับวัสดุแคโทดยังเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดความจุของแบตเตอรี่ ขณะนี้กราไฟต์เป็นวัสดุหลักที่ใช้ แต่ก็มีวัสดุแอโนดอื่นๆ ที่มุ่งหวังจะเพิ่มความจุ เช่น ซิลิคอน ซึ่งมีศักยภาพในการเพิ่มความจุมากกว่ากราไฟต์ถึง 10 เท่าและกำลังได้รับความสนใจในฐานะวัสดุแอโนดสำหรับแบตเตอรี่รุ่นถัดไป อย่างไรก็ตาม การใช้ซิลิคอนเป็นวัสดุแอโนดจะทำให้แอโนดขยายตัวในปริมาณมากกว่ากราไฟต์ ซึ่งอาจนำไปสู่การเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่ ดังนั้น จึงมีการพิจารณาวิธีการเพิ่มซิลิคอนเล็กน้อยร่วมกับแอโนดกราไฟต์ “วิธีนี้ค่อนข้างสมเหตุสมผล” นายยาจิมะกล่าว

“การเพิ่มการใช้พื้นที่ภายในแบตเตอรี่ เช่นเดียวกับแบตเตอรี่เบลดที่ใช้โดย BYD จะทำให้สามารถบรรลุความหนาแน่นของพลังงานที่เทียบเท่ากับ NMC ได้ แม้จะใช้ LFP ก็ตาม”

ไม่เพียงแต่วัสดุที่ใช้เท่านั้น แต่การจัดเรียงเซลล์แบตเตอรี่ยังเป็นปัจจัยสำคัญที่เกี่ยวข้องกับความจุของแบตเตอรี่ ในระบบแบตเตอรี่แบบ Blade Battery ใช้วิธีการจัดเรียงแบบ Cell-to-Pack โดยเซลล์แบตเตอรี่จะถูกจัดเรียงในลักษณะแถวตรงส่งผลให้มีช่องว่างระหว่างเซลล์น้อยมาก ซึ่งการรับรองความปลอดภัยในการจัดการพื้นที่นี้เป็นเรื่องที่ท้าทาย ซึ่งต้องใช้ความปลอดภัยในตัวเองของวัสดุ LFP (Lithium Iron Phosphate) มาชดเชย

นอกเหนือจาก Cell-to-Pack ยังมีโครงสร้างแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ อีกมากมาย การเลือกวัสดุและโครงสร้างขึ้นอยู่กับแนวคิดการออกแบบและกรณีการใช้งานของแต่ละบริษัท “ไม่มีคำตอบที่ถูกต้องเพียงคำตอบเดียว ซึ่งเป็นสภาพปัจจุบันของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่” คุณยาจิมะอธิบาย

“ความปลอดภัยถือเป็นสิ่งสำคัญที่สุด รวมถึงการป้องกันการเกิดไฟลุกลามและการแพร่กระจายของไฟ”

"เหนือสิ่งอื่นใด การรับประกันความปลอดภัยเป็นข้อกำหนดที่สำคัญอย่างยิ่ง เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดเหล่านี้ เราต้องเลือกวัสดุ พิจารณาโครงสร้าง และเตรียมความพร้อมสำหรับสถานการณ์ฉุกเฉินในแบบการออกแบบที่มีการป้องกันอย่างรอบคอบ"

เพื่อป้องกันอัคคีภัยที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ซึ่งไม่ควรเกิดขึ้นโดยเด็ดขาด บริษัทต่างๆ กำลังให้ความสำคัญกับมาตรการด้านความปลอดภัยอย่างมาก มาตรฐานและระเบียบระหว่างประเทศกำหนดให้มีการทดสอบต่างๆ เช่น การกระจายความร้อน, การชน, การปะทะ และการป้องกันอัคคีภัย แบตเตอรี่จะต้องมีการออกแบบโครงสร้างเพื่อการระบายความร้อนและการดูดซับแรงกระแทก เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานและระเบียบเหล่านี้

แม้ว่าการออกแบบโครงสร้างและการเลือกวัสดุจะมุ่งป้องกันการเกิดไฟลุกไหม้ แต่ "การพิจารณาวิธีป้องกันการแพร่กระจายของไฟในกรณีที่เกิดไฟลุกลามจากแบตเตอรี่ซึ่งไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ก็มีความสำคัญไม่น้อย" คุณยาจิมะชี้แจง

"ตัวอย่างเช่น หากแม่และเด็กสองคนอยู่ในรถและตรวจพบไฟลุกลามจากแบตเตอรี่ อาจใช้เวลา 5 นาทีสำหรับแม่ในการพาเด็กออกจากรถด้วยตัวเอง ในกรณีนี้ เราจำเป็นต้องป้องกันการแพร่กระจายของไฟใน EV อย่างน้อย 5 นาที" เขาอธิบาย

ตัวอย่างเช่น ภายใต้มาตรฐาน GB ของจีน กำหนดว่าแบตเตอรี่จะต้องไม่เกิดไฟลุกไหม้ภายใน 5 นาทีหลังจากที่ระบบจัดการแบตเตอรี่ส่งสัญญาณเตือน เพื่อให้ผู้ขับขี่มีเวลาในการหลบหนีหากแบตเตอรี่เกิดการลุกไหม้จากความร้อน การออกแบบจึงควรประกอบด้วยโครงสร้างที่จำกัดความรุนแรงของไฟโดยการป้องกันการจัดหาสารออกซิเจนภายในแบตเตอรี่ และใช้วัสดุกันไฟรอบแบตเตอรี่เพื่อลดความเร็วในการแพร่กระจายของไฟ

ความสามารถในการจัดหาวัสดุมีผลกระทบอย่างมากต่อขีดความสามารถในการผลิตรถยนต์ไฟฟ้า (EV)

เมื่อความต้องการรถยนต์ไฟฟ้า (EV) เพิ่มสูงขึ้น ความกังวลหลักในการเพิ่มการผลิตแบตเตอรี่คือการจัดหาวัสดุเช่น ลิเธียม นิกเกิล โคบอลต์ แมงกานีส และกราไฟต์ ตัวอย่างเช่น ประมาณ 50% ของสำรองโคบอลต์ตั้งอยู่ในคองโก และกระบวนการกลั่นส่วนใหญ่ดำเนินการในประเทศจีน ซึ่งทำให้เกิดการกระจุกตัวของทรัพยากรในบางประเทศ

“การกระจุกตัวของทรัพยากรนี้เน้นถึงความสำคัญอย่างยิ่งของการรีไซเคิลวัสดุที่ใช้ในแบตเตอรี่”

ในประเทศที่พึ่งพาทรัพยากรนำเข้า เช่น ญี่ปุ่น การนำทรัพยากรที่ได้มาใช้ใหม่ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เขาอธิบาย จากมุมมองด้านต้นทุน การรีไซเคิลวัสดุแคโทดซึ่งเป็นส่วนสำคัญของต้นทุนแบตเตอรี่มีประโยชน์อย่างมาก

นอกจากการรีไซเคิลแล้ว การกระจายแหล่งการจัดหาวัสดุจากหลายประเทศแทนการพึ่งพาประเทศเฉพาะประเทศเดียวก็สามารถช่วยในการสร้างเสถียรภาพของการจัดหาทรัพยากรและลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับภูมิรัฐศาสตร์ระหว่างประเทศได้

รถยนต์ไฟฟ้า (EVs) มีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่กำลังอยู่ในช่วง "การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญในรอบศตวรรษ" NAGASE เราสนับสนุนอนาคตของรถยนต์ไฟฟ้า (EVs) ด้วยผลิตภัณฑ์และเทคโนโลยี พร้อมทั้งขับเคลื่อนการวิจัยและดำเนินการพัฒนาในหลายด้านเช่น การออกแบบแบตเตอรี่ ความปลอดภัย และวัสดุต่างๆ