Hva er solid-state batterier?

Så tidlig som i mai i år har mange medier hypet opp prosjektet med 6 milliarder solid-state batterier.

Etterpå har noen solid-state batteriselskaper annonsert at de vil industrialisere hel-solid-state batterier i 2027. Ulike pressekonferanser har fulgt for å kunngjøre hvor høy energitetthet og syklusytelse kan være. Man kan ofte høre energitettheten til en enkelt celle i et bestemt selskap på 700+Wh/kg.

Så, hva er egentlig et solid-state-batteri? Hvilket nivå har markedet nådd? Etter å ha kommunisert med mange venner rundt meg, fant jeg ut at det første konseptet som er lett å forveksle med solid-state-batterier er halvsolid og helt solid.

Det kan sies at nesten alle de såkalte solid-state-batteriene som for tiden sirkulerer på markedet er semi-solid-state-batterier, det vil si en fast-flytende blanding. Etter å ha demontert mange solid-state-batterier, ble det imidlertid funnet at den såkalte fast-væske-blandingen faktisk er vanskelig å se, og er nesten den samme som tilstanden til flytende batterier. Selv gjennom noen presise karakteriseringer er det vanskelig å finne ledetråder.

Det er to representative kinesiske selskaper: Qingtao og Weilan. Qingtaos hovedsystem er litiumjernfosfat (selvfølgelig har de også et ternært system), og Weilan er representert med ternært (selvfølgelig har de også jernlitium). Førstnevnte er hovedsakelig keramisk beleggteknologi, og sistnevnte annonseres som in-situ herdeteknologi (vekten er lagt på publisitet). Det sies at Qingtao i dag har 380Wh/kg celler i omløp, og Weilan selger for tiden 350Wh/kg celler med en kapasitet på 110Ah.

Hva med all-solid-state batterier? All-solid-state batterier er hovedsakelig delt inn i oksider, polymerer og sulfider (selvfølgelig er det også halogenider). Ut fra den nåværende utviklingsstatusen til de overordnede ledende selskapene, er hele teknologiruten sulfid. Det såkalte sulfid-faststoffbatteriet er faktisk en blanding av positive og negative elektrodematerialer med elektrolytter og bindemiddelledende midler for å danne en positiv elektrode (selvfølgelig er det tørre og våte metoder), og deretter elektrolytten og en liten mengde bindemiddel blandes for å danne en film (selvfølgelig er det tørre og våte metoder). Hvis det er en våt metode, er sulfidsystemet svært følsomt for løsningsmiddelsystemet, og det kreves selvfølgelig et spesielt bindemiddel. Til slutt stables de positive og negative elektrodene og elektrolyttmembranen lag for lag for å danne en hel-solid-state battericelle. Hver av disse prosessene har et gap som blokkerer industrialiseringen av hel-solid-state batterier.

Den andre tingen som er lett å forvirre er solid-state batteri=høy sikkerhet og høy energitetthet

Dette er en stor misforståelse for de fleste, inkludert de i bransjen. De tror at all-solid-state batterier har høy energitetthet. Mange mennesker utenfor bransjen setter ofte sitt håp til hel-solid-state-batterier, og sier ofte "det vil ikke være væske når hel-solid-state-batterier kommer ut". Dette er faktisk ikke tilfelle. For å forstå denne logikken må vi først ta utgangspunkt i begrepet energitetthet: energitetthet=energi/vekt, og energi bestemmes av selve materialet, så energitettheten til battericellen bestemmes av materialsystemet av batteriet.

Jern-litium-batterier er for tiden 180Wh/kg. Siden ternære batterier er delt inn i mange systemer, er energitettheten deres i utgangspunktet i området 240-360 eller til og med 380Wh/kg (mer enn 285Wh/kg krever silisiumbaserte materialer). Selvfølgelig er litiumkoboltoksidsystemet i utgangspunktet mer enn 200 energitettheter. Nå har mange energitetthetspropagandaer på markedet nådd 450, 500, 600 eller til og med 700Wh/kg eller mer. I utgangspunktet er det negative elektrodematerialet litiummetall eller ingen negativ elektrode. Dette er den generelle tilstanden til energitetthet. De positive og negative elektrodematerialene til hel-solid-state batterier er ikke separert fra de flytende råvarene. Derfor vil ikke energitettheten til hel-solid-state batterier være høyere enn for flytende batterier.

Den høye verdien som alle snakker om er faktisk basert på forventningen om at all-solid-state batterier kan bruke litiummetall negative elektroder for å oppnå høy energitetthet av battericellen etter å ha løst sikkerhetsproblemet, men denne vanskeligheten er ikke mindre enn å løse sikkerhetsproblem med flytende litiummetallbatterier. Derfor er det uholdbart å si at energitettheten til solid state-batterier er lav. Tvert imot, fra den faktiske utviklingsstatusen, vil energitettheten til hel-solid-state batterier være lavere. Den første kommer fra bruken av høyenergisystemmaterialer, den andre kommer fra andelen aktive materialer, den tredje kommer fra tykkelsen på elektrolyttmembranen, og den fjerde kommer fra problemet med at alle ikke betaler mye oppmerksomhet for tiden. Driften av hel-solid-state batterier krever en høytrykksklemme. Klemmen vil øke vekten på det elektriske utstyret under faktisk bruk, og dermed redusere fordelen med energitettheten til battericellen til en viss grad.

Totalt sett har all-solid-state-batterier betydelig forbedret sikkerhet (det finnes faktiske tester), men som et sulfid-faststoff-batteri med myk emballasje, er sulfid i seg selv et materiale med stor sikkerhetsrisiko. For det andre er sikkerhetsforbedringen av hel-solid-state batterier også begrenset. Det er ikke iboende trygt. Til en viss grad kan det fortsatt utløse termisk løping av batteriet.

Ovennevnte er en relativt makroskopisk forståelse av dagens solid-state-batterier, inkludert all-solid-state og semi-solid-state. Selvfølgelig, i det lange løp, er all-solid-state fortsatt optimistisk. Fra dagens situasjon er vanskeligheten med å løse sikkerhetsproblemene til høyenergi-væskebatterier ikke nødvendigvis lavere enn vanskeligheten med å utvikle en ny generasjon høysikkerhets-solid-state-batterier. Jeg tror at med felles innsats fra oppstrøms og nedstrøms industrikjeder, kan vi bryte gjennom status quo og realisere revolusjonen.

Merk: De fleste artiklene som er gjengitt på denne siden, er samlet fra Internett. Opphavsretten til artiklene tilhører den opprinnelige forfatteren og originalkilden. Synspunktene i artikkelen er kun for deling og kommunikasjon. Hvis det er noen opphavsrettsproblemer, vennligst gi meg beskjed, så skal jeg håndtere det i tide.