Idealer skinner inn i virkeligheten: Batterier med alle solid tilstand vil bli masseprodusert

På bakgrunn av global energitransformasjon utvikler nye energiteknologier seg raskt. All-Solid-State-batterier, som en svært lovende neste generasjons batteriteknologi, blir gradvis i fokus for industrien. Nylig har bilprodusenter som Changan Automobile og BYD kunngjort installasjonsplanen for batterier med alle solid-state, noe som indikerer at kommersialiseringsprosessen til batterier med alle solid-tilstand akselererer.

All-solid-state-batterier refererer til litium-ion-batterier som bruker solid-state-elektrolytter. Når det gjelder arbeidsprinsipper, er de ikke forskjellige fra tradisjonelle litiumbatterier, men deres kjerne, solid-state elektrolytter, gir dem mange fordeler i forhold til tradisjonelle flytende litiumbatterier.

Når det gjelder sikkerhetsytelse, er elektrolytten av tradisjonelle flytende litiumbatterier brannfarlig og flyktig, noe som er en viktig årsak til branner for elektriske kjøretøyer og til og med eksplosjoner. Den faste elektrolytten som brukes i batterier med alle solid-stater er ikke brannfarlig, noe som reduserer risikoen for batteriforbrenning og eksplosjon, og forbedrer sikkerheten kraftig. For eksempel kan noen solid-state-batterier tåle høye temperaturer på 1, 000 grader og kan fortsette å levere strøm selv om et hjørne er kuttet.

Når det gjelder energitetthet, har batterier med alle solid tilstand åpenbare fordeler. Energitettheten til tradisjonelle litiumbatterier har gradvis nærmet seg en flaskehals. Energitettheten til litiumjernfosfatbatterier er 150-210 WH/kg, og den øvre grensen for ternære litiumbatterier er omtrent 350 WH/kg. Energitettheten til batterier med alle solid-state forventes å nå mer enn 500 WH/kg. For eksempel kan energitettheten til Jinzhongzhao all-solid-state-batteri utviklet av Changan Automobile nå 400Wh/kg, og cruiseområdet overstiger 1500 kilometer når den er fulladet, noe som lindrer rekkevidden. Samtidig kan faste elektrolytter tåle høyere spenninger, og batterivolumet kan reduseres ytterligere, noe som forbedrer ladehastigheten kraftig, og det forventes å oppnå et cruiseområde på 1, 000 kilometer etter lading i 10 minutter.

Når det gjelder syklusstabilitet og høy og lav temperaturytelse, fungerer også alle-solid-tilstandsbatterier bra. Sykluslivet kan nå mer enn 10, 000 ganger, noe som er mye høyere enn ternære litiumbatterier og litiumjernfosfatbatterier, og det kan opprettholde god ytelse i miljøer med høy og lav temperatur, og effektivt løse problemet med langsom lading og raskt krafttap av tradisjonelle litiumbatterier i lave temperaturer om vinteren.

For tiden er det tre mainstream tekniske ruter for faststoffbatterier: polymerer, oksider og sulfider.

Polymerelektrolytter tilhører kategorien organiske elektrolytter. De er fleksible, har gode mekaniske egenskaper, er enkle å behandle og form, er svært kompatible med eksisterende flytende elektrolyttproduksjonsprosesser, er enkle å tilberede tynne filmer i stor skala og har oppnådd småskala masseproduksjon. Imidlertid er konduktiviteten deres lav ved romtemperatur, vanligvis mellom 10 og 10 ⁻⁴s/cm, og de må varmes opp til over 60 grader for å fungere ordentlig. De har et smalt elektrokjemisk vindu og relativt dårlig termisk stabilitet.

Oksydelektrolytter er stabile i luft, har utmerket termisk stabilitet, tåler høye temperaturer over 600 grader, har høy mekanisk styrke, kan effektivt hemme veksten av litiumdendritter og er egnet for høyspenningspositive elektrode-materialer som høykoblings-ternære materialer. FoU -kostnadene og vanskeligheten er relativt lave. Imidlertid har den også problemet med lav ionisk konduktivitet. Konduktiviteten ved romtemperatur er vanligvis mellom 10⁻⁶ og 10⁻³s/cm, noe som må forbedres ved høy temperatur sintring eller tilsetning av flytende elektrolytter, og grensesnittimpedansen med elektroden er høy, noe som resulterer i et kort sykluslevetid.

Sulfidelektrolytter har utmerket ytelse og den høyeste ioniske konduktiviteten. Konduktiviteten ved romtemperatur kan nå 10⁻²s/cm, som er nær nivået av flytende elektrolytter. De støtter hurtiglading og utslipp, og den teoretiske energitettheten overstiger 500WH/kg. De er kompatible med litiummetall -negative elektroder, har god termisk stabilitet, er myke i tekstur og har sterk plastisitet. Imidlertid har de dårlig kjemisk stabilitet og er enkle å reagere med fuktighet og oksygen i luften for å generere giftig hydrogensulfidgass. De er vanskelige å forberede og har høye produksjonskostnader.

Globalt har mange selskaper investert i forskning og utvikling og produksjon av batterier med alle solid-tilstand og akselerert oppsettet. Japanske bilprodusenter startet tidlig i forskning og utvikling av solid-state-batterier.
Toyota Motors startet solid-state batteriforskning og utvikling allerede i 2006, og kunngjorde nylig at den vil starte småskala prøveproduksjon i 2026 og masseproduksjon etter 2030;
Honda Motors kunngjorde at den vil starte prøveproduksjon av batterier med alle solid-stater for rene elektriske kjøretøyer i januar 2025; Nissan planlegger å starte prøveproduksjon av solid-state-batterier på Yokohama-anlegget i år, og lansere elektriske kjøretøyer utstyrt med all-solid-state-batterier innen 2028.

Kinesiske selskaper er også uvillige til å henge etter. CATL har bygget en pilotproduksjonslinje for batterier med alle solid-stater og gjennomfører for tiden prosessoptimalisering og produktverifisering. Det forventes å masseprodusere batterier med alle solid-stater i liten skala i 2027.

BYD startet forskning og utvikling av batterier med alle solid-state i 2013 og har startet gjennomførbarhetsverifisering av industrialisering av solid-state batteri, som dekker viktige teknologiske gjennombrudd, batteriets celle-systemutvikling og produksjonslinjebygging. Det forventes å starte massedemonstrasjon og installasjon av batterier med alle solid-stater i 2027 og oppnå storskala kommersialisering etter 2030.

Changan Automobile planlegger å lansere 8 selvutviklede batterisceller, inkludert væske, halvfast og faststoff, innen 2030, for å starte funksjonelle prototyper i 2025, og gradvis masseprodusere batterier med alle solidestillinger i 2027.

GAC Aion kunngjorde at den vil oppnå masseproduksjon og installasjon av batterier med alle solid-stater i 2026, og vil først bli installert i det high-end-merket Haobo;

Chery Automobile planlegger å oppnå installasjon av alle solid-stater i 2026 og storskala masseproduksjon i 2027;

SAIC Group kunngjorde at batterier med alle solid-stater vil bli masseprodusert og levert i 2026, og Zhiji nye biler utstyrt med alle-solid-state-batterier vil bli masseprodusert og levert i 2027.

Fra det overordnede bransjeperspektivet, er solid-state batteriindustrikjeden lik den for flytende batterier, som dekker oppstrøms råstoffforsyning, midtstrøms batterimaterialer og produksjon og nedstrøms applikasjonsområder. Oppstrøms gir hovedsakelig metallressurser som litium, kobolt og nikkel, samt kjernematerialer for faststoffelektrolytter. Det har sterk ressursavhengighet, høye tekniske barrierer og høy markedskonsentrasjon. Midstrømmen er kjernelinken til batteriforskning og utvikling og produksjon. Teknologisk innovasjon er den viktigste drivkraften, men den står overfor problemer med komplekse prosesser og høyt kostnadspress. Nedstrøms applikasjonsfeltene er brede, og dekker nye energikjøretøyer, energilagring, forbrukerelektronikk og andre felt, med sterk politisk støtte og stort markedspotensial.

Selv om batterier med alle solid-stater har brede utsikter, møter de fremdeles mange utfordringer på veien til kommersiell masseproduksjon.

På det tekniske nivået, selv om det er gjort noen fremskritt i faste elektrolytter, positive og negative elektrodematerialer, etc., er det fremdeles noen grunnleggende vitenskapelige problemer og tekniske tekniske problemer som må løses raskt. For eksempel hvordan du kan forbedre den ioniske konduktiviteten til faste elektrolytter ytterligere, forbedre deres kompatibilitet med litiummetall og høyspesifikke energielektrodematerialer, og bygge et kompatibelt og stabilt faststoff-grensesnitt. Ulike tekniske ruter har også sine egne mangler, for eksempel den dårlige kjemiske stabiliteten og vanskeligheten med å fremstille sulfidelektrolytter, og den lave ioniske ledningsevnen til oksydelektrolytter. Disse problemene krever kontinuerlig FoU -investering for å overvinne.

Kostnad er også en viktig faktor som begrenser den store bruken av batterier med alle solid-tilstand. For tiden er kostnadene for flytende litium-ion-batteri-monomerer omtrent 0. Materialkostnadene for en 100- kilowatt-timers batteripakke alene overstiger 200, 000 yuan, som er mye høyere enn de eksisterende flytende batteriene. Å ta sulfid-solid-state-batterier Som eksempel er det sjeldne metallindiumet som kreves for produksjonen, og tilberedningen av litiumsulfidforløpere er vanskelig og kostbart, noe som fører til de høye totale kostnadene for batterier.

På markedsnivå trenger solid-state-batterier, som nye produkter, en viss tid for å få markedsgjenkjenning og aksept. Selv om de har fordeler i energitetthet og sikkerhet, er det fortsatt rom for forbedring sammenlignet med tradisjonelle litiumbatterier når det gjelder syklusliv. I tillegg, selv om noen selskaper har oppnådd levering av små batch, har de ennå ikke dannet stabile ordrer, og det er usikkerhet i de faktiske applikasjonsutsiktene.

Når vi ser på fremtiden, forventes det at batterier med alle solid tilstand spiller en viktig rolle på mange felt. I løpet av nye energikjøretøyer vil det forbedre kjøretøyets cruisingsområde, sikkerhet og ladehastighet, fremme den nye energikjøretøyindustrien til et høyere nivå og akselerere elektrifiseringstransformasjonen av bilindustrien.

I feltet energilagring gjør høy energitettheten og lange syklusens livskarakteristikker for batterier med alle solid-tilstander å lagre strøm mer effektivt, balansere strømforsyning og etterspørsel, og gi sterk støtte for storstilt tilgang og stabil drift av fornybar energi.

Innen forbrukerelektronikk kan batterier med alle solid-stater gjøre enheter tynnere og mer holdbare og forbedre brukeropplevelsen.

Med kontinuerlig utvikling av teknologi og utvikling av industrien, vil ytelsen til batterier med alle solid tilstand fortsette å forbedre seg, og kostnadene forventes å gradvis avta. Den kontinuerlige investeringen og FoU for mange selskaper, samt promotering av samarbeidsinnovasjon mellom industri, akademia og forskning, vil fremskynde det teknologiske gjennombruddet og kommersialiseringen av batterier med alle solid-stater. På politikknivå øker myndighetene i forskjellige land stadig støtten til nye energiteknologier, som også vil skape et godt politisk miljø for utvikling av batteriindustrien med alle solidestasjoner.

Som de viktigste kommandohøydene i konkurransen om neste generasjons batteriteknologi, møter batterier med solid tilstand flere utfordringer som teknologi, kostnader og marked, men de har en lys fremtid. I bølgen av global energitransformasjon og teknologisk fremgang, forventes all-Solid-State-batterier å bli kjernekraften for å fremme energilagringstransformasjon og innlede en ny æra med energilagring.