Idealurile strălucesc în realitate: bateriile cu stat-solid vor fi produse în masă

Pe fundalul transformării globale de energie, noile tehnologii energetice se dezvoltă rapid. Bateriile cu stat-solid, ca o tehnologie de baterii de generație viitoare extrem de promițătoare, devin treptat în centrul atenției industriei. Recent, producătorii auto precum Changan Automobile și BYD au anunțat programul de instalare a bateriilor cu stat-solid, ceea ce indică faptul că procesul de comercializare a bateriilor cu stat-solid se accelerează.

Bateriile cu stat-solid se referă la baterii cu ioni de litiu care folosesc electroliți în stare solidă. În ceea ce privește principiile de lucru, acestea nu sunt diferite de bateriile tradiționale de litiu, dar electroliții lor de bază, în stare solidă, le oferă multe avantaje față de bateriile tradiționale de litiu lichid.

În ceea ce privește performanța de siguranță, electrolitul bateriilor tradiționale de litiu lichid este inflamabil și volatil, ceea ce reprezintă o cauză importantă a incendiilor vehiculelor electrice și chiar a exploziilor. Electrolitul solid utilizat în bateriile cu totul solid nu este inflamabil, ceea ce reduce considerabil riscul de combustie și explozie a bateriei și îmbunătățește considerabil siguranța. De exemplu, unele baterii în stare solidă pot rezista la temperaturi ridicate de 1, 000 grade și pot continua să furnizeze energie, chiar dacă un colț este tăiat.

În ceea ce privește densitatea energetică, bateriile cu stat solid au avantaje evidente. Densitatea energetică a bateriilor tradiționale de litiu s -a apropiat treptat de un blocaj. Densitatea energetică a bateriilor cu fosfat de fier de litiu este 150-210 WH/kg, iar limita superioară a bateriilor de litiu ternar este de aproximativ 350Wh/kg. Densitatea energetică a bateriilor cu stat solid este de așteptat să ajungă mai mult de 500Wh/kg. De exemplu, densitatea energetică a bateriei cu stat-solid Jinzhongzhao, dezvoltată de Changan Automobile, poate ajunge la 400Wh/kg, iar intervalul de croazieră depășește 1.500 de kilometri atunci când sunt încărcați complet, ceea ce atenuează foarte mult anxietatea. În același timp, electroliții solizi pot rezista la tensiuni mai mari, iar volumul bateriei poate fi redus în continuare, ceea ce îmbunătățește foarte mult viteza de încărcare și este de așteptat să obțină un interval de croazieră de 1, 000 kilometri după încărcare timp de 10 minute.

În ceea ce privește stabilitatea ciclului și performanța la temperaturi ridicate și scăzute, bateriile cu totul solid funcționează de asemenea bine. Durata de viață a ciclului său poate atinge mai mult de 10, 000 de ori, ceea ce este mult mai mare decât bateriile ternare de litiu și bateriile cu fosfat de fier de litiu și poate menține performanțe bune în medii cu temperaturi ridicate și scăzute, rezolvând efectiv problema încărcării lente și pierderea rapidă a puterii de baterii tradiționale de litiu la temperaturi scăzute în timpul iernii.

În prezent, există trei rute tehnice principale pentru baterii în stare solidă: polimeri, oxizi și sulfuri.

Electroliții polimerici aparțin categoriei de electroliți organici. Sunt flexibile, au proprietăți mecanice bune, sunt ușor de prelucrat și de format, sunt foarte compatibile cu procesele de producție de electroliți lichizi existenți, sunt ușor de pregătit filme subțiri la scară largă și au obținut o producție de masă la scară mică. Cu toate acestea, conductivitatea lor este scăzută la temperatura camerei, de obicei între 10 și 10⁻⁴s/cm și trebuie să fie încălzite până la 60 de grade pentru a funcționa corect. Au o fereastră electrochimică îngustă și o stabilitate termică relativ slabă.

Electroliții de oxid sunt stabile în aer, au o stabilitate termică excelentă, pot rezista la temperaturi ridicate peste 600 de grade, să aibă o rezistență mecanică ridicată, să poată inhiba în mod eficient creșterea dendritelor de litiu și sunt potrivite pentru materiale de electrod pozitive de înaltă tensiune, cum ar fi materiale ternare de înaltă nicket. Costul și dificultatea de cercetare și dezvoltare sunt relativ scăzute. Cu toate acestea, are și problema conductivității ionice scăzute. Conductivitatea la temperatura camerei este, în general, între 10 și 10⁻³s/cm, ceea ce trebuie îmbunătățit prin sinterizarea la temperatură ridicată sau adăugarea de electroliți lichizi, iar impedanța interfeței cu electrodul este ridicată, rezultând o durată de viață scurtă a ciclului.

Electroliții cu sulfură au performanțe excelente și cea mai mare conductivitate ionică. Conductivitatea la temperatura camerei poate atinge 10⁻ și cm, care este aproape de nivelul electroliților lichizi. Ele susțin încărcarea și descărcarea rapidă, iar densitatea teoretică a energiei depășește 500Wh/kg. Sunt compatibile cu electrozii negativi din metalul de litiu, au o stabilitate termică bună, sunt moi în textură și au o plasticitate puternică. Cu toate acestea, acestea au o stabilitate chimică slabă și sunt ușor de reacționat cu umiditatea și oxigenul în aer pentru a genera gaz toxic cu sulfură de hidrogen. Sunt dificil de pregătit și au costuri mari de producție.

La nivel global, multe companii au investit în cercetarea și dezvoltarea și producția de baterii cu stat solid și au accelerat aspectul lor. Producătorii auto japonezi au început la începutul cercetării și dezvoltării bateriilor cu stare solidă.
Toyota Motors a început cercetarea și dezvoltarea bateriilor solide în stare de judecată încă din 2006 și a anunțat recent că va începe producția de încercări la scară mică în 2026 și producția în masă după 2030;
Honda Motors a anunțat că va începe producția de încercare a bateriilor cu stat solid pentru vehicule electrice pure în ianuarie 2025; Nissan intenționează să înceapă producția de încercare a bateriilor în stare solidă la uzina sa Yokohama în acest an și să lanseze vehicule electrice echipate cu baterii cu stat solid până în 2028.

De asemenea, companiile chineze nu doresc să rămână în urmă. CATL a construit o linie de producție pilot pentru bateriile cu totul solid și desfășoară în prezent optimizarea proceselor și verificarea produsului. Este de așteptat să producă în masă baterii cu stat solid la scară mică în 2027.

BYD a început cercetarea și dezvoltarea bateriilor cu totul solid în 2013 și a început verificarea fezabilității industrializării bateriei solide, care acoperă descoperirile cheie ale tehnologiei materialelor, dezvoltarea sistemului de celule de baterii și construcția liniei de producție. Este de așteptat să înceapă demonstrația în masă și instalarea bateriilor cu totul solid în 2027 și să obțină comercializarea pe scară largă după 2030.

Changan Automobile intenționează să lanseze 8 celule de baterii auto-dezvoltate, incluzând lichid, semi-solid și solid, până în 2030, pentru a lansa prototipuri funcționale în 2025 și pentru a produce în masă baterii cu totul solid în 2027.

GAC Aion a anunțat că va realiza producția în masă și instalarea bateriilor cu totul solid în 2026 și va fi instalată mai întâi în marca sa de înaltă calitate Haobo;

Chery Automobile intenționează să obțină instalarea bateriei cu totul solid în 2026 și producția de masă pe scară largă în 2027;

SAIC Group a anunțat că bateriile cu stat-solid vor fi produse în masă și livrate în 2026, iar mașinile noi Zhiji echipate cu baterii cu stat solid vor fi produse în masă și livrate în 2027.

Din perspectiva generală a industriei, lanțul industriei bateriilor solide este similar cu cel al bateriilor lichide, care acoperă alimentarea cu materii prime din amonte, materialele de baterii din mijlocul și zonele de fabricație și zonele de aplicare din aval. În amonte oferă în principal resurse metalice, cum ar fi litiu, cobalt și nichel, precum și materiale de bază pentru electroliți în stare solidă. Are o dependență de resurse puternice, bariere tehnice ridicate și concentrare ridicată a pieței. Midstream este legătura principală a cercetării și dezvoltării și fabricării bateriilor. Inovația tehnologică este forța motrice principală, dar se confruntă cu probleme de procese complexe și presiunea ridicată a costurilor. Câmpurile de aplicații din aval sunt largi, acoperind noi vehicule energetice, stocare de energie, electronice de consum și alte domenii, cu sprijin puternic politic și potențial imens de piață.

Deși bateriile cu stat solid au perspective largi, ele se confruntă totuși cu multe provocări pe drumul către producția de masă comercială.

La nivel tehnic, deși s -au înregistrat unele progrese în electroliți solizi, materiale cu electrozi pozitivi și negativi, etc., există încă unele probleme științifice de bază și probleme tehnice de inginerie care trebuie rezolvate urgent. De exemplu, cum să îmbunătățească în continuare conductivitatea ionică a electroliților solizi, să le îmbunătățești compatibilitatea cu metalul de litiu și materiale cu electrod cu energie specifică ridicată și să construiești o interfață solidă compatibilă și stabilă solidă. Diferite rute tehnice au, de asemenea, propriile deficiențe, cum ar fi stabilitatea chimică slabă și dificultatea de preparare a electroliților de sulfură și conductivitatea ionică scăzută a electroliților de oxid. Aceste probleme necesită investiții continue în cercetare și dezvoltare pentru a depăși.

Costul este, de asemenea, un factor important care limitează aplicarea pe scară largă a bateriilor cu stat solid. În prezent, costul monomerilor cu baterii cu ioni de litiu lichid este de aproximativ 0. Costul material al unui pachet de baterii 100- kilowatt-oră depășește doar 200, 000 yuan, care este mult mai mare decât bateriile lichide existente. Luând ca exemplu bateriile cu stare solidă cu sulfură, rara nenium metalic necesar pentru producția sa este scumpă, iar precursul precursoarelor de sulfură de litiu este dificil și costisitor, ceea ce duce la costul total ridicat al bateriilor.

La nivel de piață, bateriile în stare solidă, ca produse noi, au nevoie de o anumită perioadă de timp pentru a obține recunoașterea și acceptarea pieței. Deși au avantaje în ceea ce privește densitatea energetică și siguranța, există încă loc pentru îmbunătățiri în comparație cu bateriile tradiționale de litiu din punct de vedere al duratei de viață a ciclului. În plus, deși unele companii au obținut livrare de eșantion de lot mic, nu au format încă comenzi stabile și există incertitudine în perspectivele de aplicare reale.

Privind spre viitor, bateriile cu stat solid sunt așteptate să joace un rol important în multe domenii. În domeniul noilor vehicule energetice, acesta va îmbunătăți în mod semnificativ gama de croaziere a vehiculului, viteza de siguranță și încărcare, va promova noua industrie a vehiculelor energetice la un nivel superior și va accelera transformarea electrificării industriei auto.

În domeniul stocării energiei, densitatea ridicată a energiei și caracteristicile de viață cu ciclu lung ale bateriilor cu stat solid le permit să stocheze mai eficient energia electrică, să echilibreze furnizarea și cererea de energie electrică și să ofere un suport puternic pentru accesul pe scară largă și funcționarea stabilă a energiei regenerabile.

În domeniul electronicelor de consum, bateriile cu stat solid pot face dispozitivele mai subțiri și mai durabile și pot îmbunătăți experiența utilizatorului.

Odată cu avansarea continuă a tehnologiei și dezvoltarea industriei, performanța bateriilor cu stat solid va continua să se îmbunătățească, iar costul va scădea treptat. Investiția continuă și cercetarea și dezvoltarea multor companii, precum și promovarea inovației colaborative între industrie, mediul academic și cercetare, vor accelera descoperirea tehnologică și comercializarea bateriilor cu stat-solid. La nivel de politică, guvernele din diferite țări își măresc constant sprijinul pentru noile tehnologii energetice, ceea ce va crea, de asemenea, un mediu de politică bun pentru dezvoltarea industriei bateriilor cu stat solid.

Ca înălțimi cheie de comandă ale concurenței pentru tehnologia bateriei de generație viitoare, bateriile cu stat solid se confruntă cu multiple provocări, cum ar fi tehnologia, costurile și piața, dar au un viitor luminos. În valul transformării globale a energiei și progresului tehnologic, bateriile cu stat solid sunt de așteptat să devină forța de bază pentru a promova transformarea stocării de energie și a se dezvolta într-o nouă eră a stocării de energie.