Idealen schijnen in de realiteit: batterijen met alle vaste toestand zullen in massa worden geproduceerd

Tegen de achtergrond van de wereldwijde energietransformatie ontwikkelen nieuwe energietechnologieën zich snel. All-Solid-state batterijen, als een veelbelovende batterijtechnologie van de volgende generatie, worden geleidelijk de focus van de industrie. Onlangs hebben automakers zoals Changan Automobile en BYD het installatieschema aangekondigd van all-solid-state batterijen, wat aangeeft dat het commercialiseringsproces van alle solid-state batterijen versnelt.

All-Solid-state batterijen verwijzen naar lithium-ionbatterijen die elektrolyten vaste toestand gebruiken. In termen van werkprincipes zijn ze niet anders dan traditionele lithiumbatterijen, maar hun kern, elektrolyten in vaste toestand, geven ze veel voordelen ten opzichte van traditionele vloeibare lithiumbatterijen.

In termen van veiligheidsprestaties is de elektrolyt van traditionele vloeibare lithiumbatterijen ontvlambaar en vluchtig, wat een belangrijke oorzaak is van branden van elektrische voertuigen en zelfs explosies. De vaste elektrolyt die wordt gebruikt in alle solid-state batterijen is niet ontvlambaar, wat het risico op batterijverbranding en explosie aanzienlijk vermindert en de veiligheid aanzienlijk verbetert. Sommige batterijen voor vaste toestand kunnen bijvoorbeeld bestand zijn tegen hoge temperaturen van 1, 000 graden en kunnen het vermogen blijven leveren, zelfs als een hoek wordt gesneden.

In termen van energiedichtheid hebben alle solid-state batterijen duidelijke voordelen. De energiedichtheid van traditionele lithiumbatterijen heeft geleidelijk een knelpunt benaderd. De energiedichtheid van lithiumijzerfosfaatbatterijen is 150-210 wh/kg, en de bovengrens van ternaire lithiumbatterijen is ongeveer 350Wh/kg. De energiedichtheid van alle solid-state batterijen zal naar verwachting meer dan 500Wh/kg bereiken. De energiedichtheid van de Jinzhongzhao All-Solid-State Battery ontwikkeld door Changan Automobile kan bijvoorbeeld 400Wh/kg bereiken, en het cruisebereik overschrijdt 1500 kilometer wanneer het volledig opgeladen is, die de reeks angst sterk verlicht. Tegelijkertijd kunnen vaste elektrolyten hogere spanningen weerstaan, en het batterijvolume kan verder worden verminderd, wat de laadsnelheid aanzienlijk verbetert, en wordt verwacht dat het een cruisebereik van 1, 000 kilometer na 10 minuten zal bereiken.

In termen van cyclusstabiliteit en hoge en lage temperatuurprestaties presteren all-solid-state batterijen ook goed. De levensduur van de cyclus kan meer dan 10 bereiken, 000 tijden, die veel hoger is dan ternaire lithiumbatterijen en lithiumijzerfosfaatbatterijen, en het kan goede prestaties behouden in omgevingen met hoge en lage temperatuur, waardoor het probleem van langzaam laden en snel vermogensverlies van traditionele lithiumbatterijen in lage temperaturen in de winter effectief oplossen.

Momenteel zijn er drie reguliere technische routes voor vaste statenbatterijen: polymeren, oxiden en sulfiden.

Polymeer -elektrolyten behoren tot de categorie organische elektrolyten. Ze zijn flexibel, hebben goede mechanische eigenschappen, zijn gemakkelijk te verwerken en vormen, zijn zeer compatibel met bestaande productieprocessen voor vloeibare elektrolyt, zijn gemakkelijk om dunne films op grote schaal te bereiden en hebben kleinschalige massaproductie bereikt. Hun geleidbaarheid is echter laag bij kamertemperatuur, meestal tussen 10⁻⁷ en 10⁻⁴s/cm, en ze moeten worden verwarmd tot meer dan 60 graden om goed te werken. Ze hebben een smal elektrochemisch venster en relatief slechte thermische stabiliteit.

Oxide-elektrolyten zijn stabiel in lucht, hebben een uitstekende thermische stabiliteit, kunnen hoge temperaturen boven 600 graden weerstaan, een hoge mechanische sterkte hebben, kunnen de groei van lithiumdendrieten effectief remmen en zijn geschikt voor hoogspannings-positieve elektrodematerialen zoals ternaire materialen met hoge nickel. De R & D -kosten en moeilijkheid zijn relatief laag. Het heeft echter ook het probleem van lage ionische geleidbaarheid. De geleidbaarheid bij kamertemperatuur ligt in het algemeen tussen 10⁻⁶ en 10⁻³s/cm, die moet worden verbeterd door sinteren of het toevoegen van vloeibare elektrolyten, en de interface-impedantie met de elektrode is hoog, wat resulteert in een korte cyclus levensduur.

Sulfide -elektrolyten hebben uitstekende prestaties en de hoogste ionische geleidbaarheid. De geleidbaarheid bij kamertemperatuur kan 10⁻²S/cm bereiken, die dicht bij het niveau van vloeibare elektrolyten ligt. Ze ondersteunen snel opladen en ontladen, en de theoretische energiedichtheid overschrijdt 500Wh/kg. Ze zijn compatibel met lithiummetaal negatieve elektroden, hebben een goede thermische stabiliteit, zijn zacht in textuur en hebben een sterke plasticiteit. Ze hebben echter een slechte chemische stabiliteit en zijn gemakkelijk te reageren met vocht en zuurstof in de lucht om giftig waterstofsulfidegas te genereren. Ze zijn moeilijk voor te bereiden en hebben hoge productiekosten.

Wereldwijd hebben veel bedrijven geïnvesteerd in het onderzoek en de ontwikkeling en de productie van all-solid-state batterijen en versneld hun lay-out. Japanse autofabrikanten begonnen vroeg in het onderzoek en de ontwikkeling van solid-state batterijen.
Toyota Motors begon al in 2006 met solid-state batterijonderzoek en -ontwikkeling en kondigde onlangs aan dat het een kleinschalige proefproductie zal starten in 2026 en massaproductie na 2030;
Honda Motors kondigde aan dat het in januari 2025 de proefproductie van de productie van alle solid-state batterijen voor pure elektrische voertuigen zal starten; Nissan is van plan dit jaar te starten met de proefproductie van solid-state batterijen in zijn Yokohama-fabriek en in 2028 elektrische voertuigen te lanceren die zijn uitgerust met all-solid-state batterijen.

Chinese bedrijven zijn ook niet bereid om achter te blijven. CATL heeft een pilootproductielijn gebouwd voor alle solid-state batterijen en voert momenteel procesoptimalisatie en productverificatie uit. Verwacht wordt dat het in 2027 op een kleine schaal alle solid-state batterijen op een kleine schaal produceert.

BYD begon in 2013 met onderzoek en ontwikkeling van alle solid-state batterijen en is begonnen met de haalbaarheidsverificatie van batterij-industrialisatie van vaste toestand, met betrekking tot doorbraken van belangrijke materiaaltechnologie, ontwikkeling van het batterijcelsysteem en de constructie van de productielijn. Verwacht wordt dat het in 2027 in 2027 zal beginnen met massademonstratie en installatie van alle solid-state batterijen en na 2030 grootschalige commercialisering bereikt.

Changan Automobile is van plan om 8 zelf ontwikkelde batterijcellen te lanceren, waaronder vloeistof, semi-vaste en vaste stof, tegen 2030, om functionele prototypes in 2025 te lanceren en in 2027 geleidelijk massale batterijen te produceren.

GAC Aion heeft aangekondigd dat het massaproductie en installatie van all-solid-state batterijen zal bereiken in 2026 en eerst zal worden geïnstalleerd in zijn high-end merk Haobo;

Chery Automobile is van plan om in 2026 alle solid-state batterij-installatie te bereiken in 2026 en grootschalige massaproductie in 2027;

SAIC Group kondigde aan dat batterijen met alle solid-staten in 2026 in de massa worden geproduceerd en geleverd, en Zhiji nieuwe auto's uitgerust met alle solid-state batterijen zullen in de massa worden geproduceerd en geleverd in 2027.

Vanuit het algemene industriële perspectief is de keten van de batterij-industrie van vaste toestand vergelijkbaar met die van vloeibare batterijen, die stroomopwaartse grondstoftoevoer, midstream batterijmaterialen en productie en stroomafwaartse applicatiegebieden bedekken. De stroomopwaarts biedt voornamelijk metaalbronnen zoals lithium, kobalt en nikkel, evenals kernmaterialen voor elektrolyten vaste toestand. Het heeft sterke hulpbronnenafhankelijkheid, hoge technische barrières en een hoge marktconcentratie. De middenstroom is de kernverbinding van batterijonderzoek en -ontwikkeling en productie. Technologische innovatie is de belangrijkste drijvende kracht, maar wordt geconfronteerd met problemen van complexe processen en hoge kostendruk. De stroomafwaartse applicatievelden zijn breed en dekken nieuwe energievoertuigen, energieopslag, consumentenelektronica en andere gebieden, met sterke beleidsondersteuning en een enorm marktpotentieel.

Hoewel alle solid-state batterijen brede vooruitzichten hebben, staan ​​ze nog steeds voor veel uitdagingen op weg naar de productie van commerciële massaproductie.

Op technisch niveau, hoewel er enige vooruitgang is geboekt in vaste elektrolyten, positieve en negatieve elektrodematerialen, enz., Zijn er nog steeds enkele basiswetenschappelijke problemen en technische technische problemen die dringend moeten worden opgelost. Bijvoorbeeld hoe u de ionische geleidbaarheid van vaste elektrolyten verder kunt verbeteren, hun compatibiliteit met lithiummetaal en hoge specifieke energie-elektrodenmaterialen kunt verbeteren en een compatibel en stabiel vaste vaste grensvlak bouwt. Verschillende technische routes hebben ook hun eigen tekortkomingen, zoals de slechte chemische stabiliteit en moeilijkheid van bereiding van sulfide -elektrolyten en de lage ionische geleidbaarheid van oxide -elektrolyten. Deze problemen vereisen continue R & D -investeringen om te overwinnen.

Kosten zijn ook een belangrijke factor die de grootschalige toepassing van alle solid-state batterijen beperkt. Momenteel zijn de kosten van vloeibare lithium-ionbatterijmonomeren ongeveer 0. 5 yuan per wattuur, terwijl de materiaalkosten van vaste statenbatterijen meer dan 2 yuan per wattuur zijn zonder grootschalige massaproductie. De materiaalkosten van een 100- kilowatt-uur batterijpakket alleen al groter dan 200, 000 yuan, die veel hoger is dan de bestaande vloeibare batterijen. Als een voorbeeld van sulfide-vaste staten als voorbeeld is, is de zeldzame metalen indium die nodig is voor de productie ervan duur en de bereiding van lithiumsulfide-voorlopers is moeilijk en kostbaar, wat leidt tot de hoge totale kosten van batterijen.

Op marktniveau hebben solid-state batterijen, als nieuwe producten, een bepaalde hoeveelheid tijd nodig om marktherkenning en acceptatie te verkrijgen. Hoewel ze voordelen hebben in energiedichtheid en veiligheid, is er nog ruimte voor verbetering in vergelijking met traditionele lithiumbatterijen in termen van het leven van de cyclus. Hoewel sommige bedrijven een steekproefafgifte van kleine batch hebben bereikt, hebben ze bovendien nog geen stabiele bestellingen gevormd en is er onzekerheid in de werkelijke toepassingsperspectieven.

Kijkend naar de toekomst, wordt verwacht dat alle solid-state batterijen op veel gebieden een belangrijke rol spelen. Op het gebied van nieuwe energievoertuigen zal het het cruisebereik, de veiligheid en de laadsnelheid van het voertuig aanzienlijk verbeteren, de nieuwe industrie van de energievoertuigen naar een hoger niveau bevorderen en de elektrificatietransformatie van de auto -industrie versnellen.

Op het gebied van energieopslag, kunnen de hoge energiedichtheid en de lange cyclus-levenskenmerken van alle solid-state batterijen hen efficiënter opslaan, de elektriciteitsaanbod en -aanvraag in evenwicht brengen en sterke ondersteuning bieden voor de grootschalige toegang en stabiele werking van hernieuwbare energie.

Op het gebied van consumentenelektronica kunnen batterijen met alle vaste toestand apparaten dunner en duurzamer maken en de gebruikerservaring verbeteren.

Met de voortdurende vooruitgang van technologie en de ontwikkeling van de industrie, zullen de prestaties van alle solid-state batterijen blijven verbeteren en zullen de kosten naar verwachting geleidelijk dalen. De continue investering en R&D van veel bedrijven, evenals de bevordering van samenwerkingsinnovatie tussen industrie, academische wereld en onderzoek, zullen de technologische doorbraak en commercialisering van alle solid-state batterijen versnellen. Op beleidsniveau vergroten regeringen van verschillende landen voortdurend hun ondersteuning voor nieuwe energietechnologieën, die ook een goede beleidsomgeving zullen creëren voor de ontwikkeling van de All Solid-State Battery Industry.

Als de belangrijkste commandanthoogten van de concurrentie voor batterijtechnologie van de volgende generatie, worden alle solid-state batterijen geconfronteerd met meerdere uitdagingen zoals technologie, kosten en markt, maar ze hebben een mooie toekomst. In de golf van wereldwijde energietransformatie en technologische vooruitgang wordt verwacht dat all-solid-state batterijen de kernkracht worden om de transformatie van energieopslag te bevorderen en een nieuw tijdperk van energieopslag in te luiden.