De industrie zou de uitstoot van broeikasgassen kunnen verminderen door een circulaire waardeketen te bevorderen waarin batterijen worden hergebruikt, gerepareerd of gerecycled. Dit vereist echter een enorme inspanning en coördinatie tussen de verschillende sectoren.

Economische barrières

Historische prijspieken en volatiliteit, nationale regelgeving en tekorten aan bouwmaterialen kunnen de bouw van fabrieken dramatisch vertragen.

Geharmoniseerde productienormen en een sterke nadruk op lokale werkgelegenheid en inclusieve dialogen kunnen een aantal van deze belemmeringen wegnemen. Wetgeving en initiatieven op het gebied van traceerbaarheid in de toeleveringsketen kunnen ook de inkooppraktijken helpen verbeteren.

Materialen

De materialen die worden gebruikt bij de productie van batterijen kunnen van cruciaal belang zijn. Het meest prominente voorbeeld is lithium, dat tweederde van de kosten van een elektrische auto voor zijn rekening neemt.

Andere grondstoffenproblemen zijn onder meer natuurlijk grafiet, nikkel en fosfor. Hoewel de mijnbouwinfrastructuur voor deze metalen over het algemeen goed ontwikkeld is, worden nieuwe afzettingen niet snel genoeg ontdekt om de verouderende mijnen te compenseren. Als gevolg hiervan worden de komende jaren enkele grondstoffentekorten verwacht.

Een andere mogelijke zorg is dat de operaties ongunstige gevolgen kunnen hebben voor lokale gemeenschappen als gevolg van mensenrechtenschendingen, waaronder kinder- en dwangarbeid. Kobalt staat bijvoorbeeld op de lijst van grondstoffen die door kinderarbeid en/of dwangarbeid van het ministerie van Arbeid zijn geproduceerd.

De beste manier om deze risico’s aan te pakken is door middel van strategische planning en diversificatie van de toeleveringsketen. McKinsey gelooft dat een veerkrachtige mondiale waardeketen voor batterijen kan worden opgebouwd rond regionale hubs die meer dan 90 procent van de lokale vraag naar cellen en 80 procent van de lokale vraag naar actieve materialen dekken.

Celontwerp

Verschillende celontwerpkeuzes hebben invloed op de betrouwbaarheid, veiligheid en prestaties van de batterij. De behuizing of tas, interne isolatoren, headers, ventilatiepoorten en elektrodematerialen hebben allemaal aanzienlijke gevolgen. Er bestaat niet zoiets als een standaard lithium-ioncel, waarbij cellen die er nominaal hetzelfde uitzien, enorm verschillend gedrag en prestaties vertonen.

Het elektrolytzout dat wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen (LiPF6) ontleedt tot giftig fluorwaterstofzuur (HF) als het wordt gemengd met water of wordt blootgesteld aan vocht tijdens de productie en montage. Cellen worden vervaardigd en geassembleerd in "droge ruimtes" om HF-vorming te voorkomen.

Naarmate de wereldwijde vraag naar Li-ion-batterijen toeneemt, wordt de veerkracht van de toeleveringsketen steeds belangrijker. Dit kan worden bereikt door middel van verticale integratie, gelokaliseerd upstream supply chain management, strategische partnerschappen en een strikte planning van productieverhogingen. Bedrijven kunnen ook helpen een duurzame en inclusieve sociale impact te bewerkstelligen door initiatieven op het gebied van gezondheid, veiligheid, eerlijke handel en milieu- en gemeenschapsontwikkeling te ondersteunen. Dit omvat het creëren van een circulaire waardeketen waarin gebruikte batterijen kunnen worden gerepareerd, hergebruikt of gerecycled.

Cellen verbinden

Meeste van de Li-batterijketen modules in een voertuig zijn gebouwd met parallelle verbindingen van meerdere cellen. Dit verhoogt de betrouwbaarheid van het systeem door redundante energiepaden toe te voegen. Het creëert echter een huidige onbalans tussen parallelle takken en verhoogt de afbraak van de cellen als gevolg van ongelijke warmteontwikkeling en weerstandsvariatie van cel tot cel.

Dit leidt tot een verouderingsgradiënt tussen de afzonderlijke parallelle takken, waardoor de batterijcapaciteit afneemt en een veiligheidsrisico ontstaat als de hoogste takstroom de maximale nominale laad-/ontlaadstroom van de cel overschrijdt (zie figuur 1c). Dit kan ertoe leiden dat de cel oververhit raakt voordat de overige veiligheidsvoorzieningen worden geactiveerd.

Om dit te ondervangen moet het ontwerp van de module een veilige scheiding van de gelaste cellen mogelijk maken, zonder dat dit ten koste gaat van het lasproces of de prestaties. Dit kan worden gedaan door de cellen zo te ontwerpen dat ze twee afzonderlijke verbindingsgebieden hebben die na het lasproces worden uitgesneden. De resulterende individuele cellen kunnen vervolgens worden gebruikt in nieuwe batterijproducten.

Verpakking

Zoals bij de meeste gevaarlijke goederen vereisen lithiumbatterijen en batterijgevoede apparatuur een specifieke verpakking om hun veiligheid tijdens het transport te garanderen. Deze bijzonderheden kunnen variëren, afhankelijk van de vervoerswijze.

Voor verzending per trein moet bijvoorbeeld worden voldaan aan een andere reeks specifieke richtlijnen voor het vervoer van gevaarlijke goederen. Deze voorschriften worden gedetailleerd beschreven in de richtlijnen voor het vervoer van gevaarlijke goederen per spoor (RID), die, in combinatie met de ADR-richtlijnen die worden gebruikt voor wegtransport, feitelijk vergelijkbare verpakkingen, processen en bescherming vereisen.

Dit type verpakking beschermt tegen kortsluiting door gebruik te maken van niet-geleidende binnenverpakkingen die cellen en batterijen volledig omsluiten en veilig in sterke buitenverpakkingen zijn geplaatst. Deze pakketten bevatten ook interne scheidingswanden om beweging te voorkomen waardoor de aansluitdoppen los kunnen raken, en ze zijn vastgeplakt of vastgezet om te voorkomen dat de batterij tijdens het transport verschuift. Deze beschermende maatregelen helpen om te voldoen aan UN3480 en andere richtlijnen voor gevaarlijke stoffen.