Industrin skulle kunna minska utsläppen av växthusgaser genom att främja en cirkulär värdekedja där batterier återanvänds, repareras eller återvinns. Detta kräver dock en massiv branschöverskridande ansträngning och samordning.

Ekonomiska hinder

Historiska pristoppar och volatilitet, nationella bestämmelser och brist på byggmaterial kan dramatiskt försena fabriksbyggen.

Harmoniserade tillverkningsstandarder och en stark betoning på lokal sysselsättning och inkluderande dialoger kan mildra några av dessa hinder. Lagstiftning och initiativ för spårbarhet i leveranskedjan kan också bidra till att förbättra inköpspraxis.

Material

Materialen som används vid batteriproduktion kan vara kritiska. Det mest framträdande exemplet är litium, som står för två tredjedelar av kostnaden för en elbil.

Andra råvaruproblem inkluderar naturlig grafit, nickel och fosfor. Även om gruvinfrastruktur i allmänhet är väletablerad för dessa metaller, upptäcks inte nya fyndigheter tillräckligt snabbt för att kompensera åldrande gruvor. Som ett resultat förväntas viss råvarubrist under de kommande åren.

En annan potentiell oro är att operationer kan ha ogynnsamma effekter på lokala samhällen genom kränkningar av mänskliga rättigheter, inklusive barn- och tvångsarbete. Kobolt, till exempel, finns på Department of Labors lista över varor som produceras av barn och/eller tvångsarbete.

Det bästa sättet att hantera dessa risker är genom strategisk planering och diversifiering av leveranskedjan. McKinsey tror att en motståndskraftig global batterivärdekedja kan byggas kring regionala nav som täcker mer än 90 procent av lokala celler och 80 procent av lokal efterfrågan på aktivt material.

Celldesign

Olika celldesignval påverkar batteriets tillförlitlighet, säkerhet och prestanda. Höljet eller påsen, interna isolatorer, samlingsrör, ventilationsportar och elektrodmaterial har alla betydande effekter. Det finns inget sådant som en standard litiumjoncell, med celler som nominellt ser likadana ut och uppvisar mycket olika beteende och prestanda.

Elektrolytsaltet som används i litiumjonbatterier (LiPF6) sönderdelas och bildar giftig fluorvätesyra (HF) om det blandas med vatten eller utsätts för fukt under produktion och montering. Celler tillverkas och monteras i "torra rum" för att förhindra HF-bildning.

I takt med att den globala efterfrågan på litiumjonbatterier ökar blir motståndskraften i leveranskedjan allt viktigare. Detta kan uppnås genom vertikal integration, lokaliserad uppströmsförsörjningskedja, strategiska partnerskap och strikt planering av tillverkningsupptrappningar. Företag kan också hjälpa till att skapa en hållbar och inkluderande social påverkan genom att stödja hälsa, säkerhet, rättvis handel och miljö- och samhällsutvecklingsinitiativ. Detta inkluderar att skapa en cirkulär värdekedja där använda batterier kan repareras, återanvändas eller återvinnas.

Ansluta celler

De flesta av Li-batterikedja moduler i ett fordon är byggda med parallella anslutningar av flera celler. Detta ökar systemets tillförlitlighet genom att lägga till redundanta energivägar. Det skapar emellertid en strömobalans mellan parallella grenar och ökar nedbrytningen av cellerna på grund av ojämn värmealstring och cell-till-cell resistansvariation.

Detta leder till en åldringsgradient mellan de enskilda parallella grenarna vilket minskar batterikapaciteten och utgör en säkerhetsrisk om den högsta grenströmmen överstiger cellens maximala märkladdnings-/urladdningsström (se figur 1c). Detta kan göra att cellen blir överhettad innan resten av säkerhetsanordningarna aktiveras.

För att övervinna detta måste designen av modulen tillåta en säker separation av de svetsade cellerna utan att kompromissa med svetsprocessen eller prestanda. Detta kan göras genom att utforma cellerna så att de har två separata sammanfogningsområden som skärs efter svetsprocessen. De resulterande individuella cellerna kan sedan användas i nya batteriprodukter.

Förpackning

Som med de flesta farliga gods kräver litiumbatterier och batteridriven utrustning särskild förpackning för att säkerställa deras säkerhet under transport. Dessa detaljer kan variera beroende på transportsätt.

Till exempel kräver sjöfart via tåg att man uppfyller en annan uppsättning specifika riktlinjer för transport av farligt gods. Dessa regler är detaljerade i riktlinjerna för transport av farligt gods på järnväg (RID), som, i kombination med ADR-riktlinjerna som används för vägtransporter, effektivt kräver liknande förpackningar, processer och skydd.

Denna typ av förpackning skyddar mot kortslutning genom att använda icke-ledande innerförpackningar som helt omsluter celler och batterier och är säkert placerade i starka yttre förpackningar. Dessa paket inkluderar även interna skiljeväggar för att förhindra rörelser som kan lossa polskydden, och de är tejpade eller säkrade för att förhindra att batteriet flyttas under transport. Dessa skyddsåtgärder hjälper till att följa UN3480 och andra riskriktlinjer.