Hoe verloopt de huidige ontwikkeling van solid-state batterijen?

Solid-state batterijen verwijzen naar batterijen die zijn geproduceerd met behulp van solid-state elektroden en solid-state elektrolyten. Anders dan bestaande accu's in vloeibare vorm, zijn ze een van de belangrijkste richtingen voor de ontwikkeling van nieuwe accu's voor energieauto's in de toekomst. Toen de Volkswagen Group onlangs haar financiële rapport over het tweede kwartaal aankondigde, zei Volkswagen Group CEO Herbert Diss dat Volkswagen van plan is om zelfstandig halfgeleiderbatterijen te produceren en dat de massaproductie in 2024 of 2025 kan beginnen. Volgens het nationale GG-quotum; Energie- Roadmap voor besparing en nieuwe energievoertuigtechnologie" ;, tegen 2025 is de streefwaarde voor energiedichtheid van lithiumbatterijen voor puur elektrische voertuigen 400 Wh / kg, en tegen 2030 500 Wh / kg. Wat betreft de momenteel veel gebruikte ternaire batterij, maakt het technische knelpunt in dit stadium het moeilijk om de bovengenoemde doelen te bereiken.

Als de energiedichtheid van krachtige lithiumbatterijen het doel van een energiedichtheid van meer dan 500 Wh / kg zoals gepland is, kan het bestaande vloeibare elektrolytbatterijsysteem machteloos zijn. Als de volgende generatie batterijtechnologie voor 500 Wh / kg, is het onderzoek en de ontwikkeling van solid-state batterijsystemen een rigide vraag geworden. De ontwikkeling van de nieuwe energie-auto-industrie op middellange en lange termijn vereist nieuwe technische reserves en naar verwachting zullen vaste lithium-ionbatterijen de dominante technologieroute worden voor de volgende generatie lithiumbatterijen voor auto's. Het is niet alleen een belangrijke ontwikkelingsrichting voor secundaire batterijen in de toekomst, maar ook een belangrijke taak op dit moment.

Wat zijn de voordelen van solid-state batterijen in vergelijking met ternaire batterijen? Allereerst is in termen van energiedichtheid het elektrochemische venster van organische elektrolyten die momenteel worden gebruikt in ternaire en andere lithium-ionbatterijen beperkt, en het is moeilijk om compatibel te zijn met metalen lithiumanodes en nieuw ontwikkelde kathodematerialen met een hoog potentieel. Vaste elektrolyten hebben echter over het algemeen een grotere elektrische capaciteit dan organische elektrolyten. Het chemische venster helpt om de energiedichtheid van de batterij verder te verhogen. Ten tweede, in termen van volume, aangezien de elektrolyt wordt vervangen door een vaste elektrolyt, zal het volume van een vaste batterij kleiner zijn bij dezelfde energiedichtheid. Met dezelfde hoeveelheid stroom worden solid-state batterijen kleiner. Onder de voorwaarde dat de energiedichtheid gelijk blijft, zullen de massa en het volume van de halfgeleiderbatterij met dezelfde lading kleiner zijn dan die van de vloeibare elektrolytbatterij. Niet alleen dat, omdat er geen elektrolyt in de solid-state batterij zit, is het gemakkelijker om deze af te sluiten. Bij gebruik in grootschalige apparatuur zoals auto's, is het niet nodig om extra koelbuizen, elektronische bedieningselementen enz. Toe te voegen, wat kosten bespaart en tegelijkertijd het eigen gewicht vermindert. Na gebruik van een vaste elektrolyt kan de negatieve elektrode van grafiet worden vervangen door metallisch lithium, waardoor het gewicht van de hele batterij aanzienlijk wordt verminderd.

Vanuit het perspectief van de lay-out van solid-state batterijen in verschillende landen, is Toyota geavanceerder in technologie. Het lanceerde sulfide solid-state batterijen in 2010. In 2014 bereikte de energiedichtheid van het experimentele prototype van de batterij' 400 Wh / kg. Vanaf februari 2017 bereikten Toyota' s patenten met betrekking tot solid-state batterijen 30, veel hoger dan bij andere bedrijven. Volgens de leidinggevenden van Toyota zal Toyota de industrialisatie van sulfide-halfgeleiderbatterijen realiseren in 2020. Bovendien heeft Samsung ook bepaalde resultaten behaald door op sulfide gebaseerde vaste elektrolyten te gebruiken om een ​​2000 mAh, 175 Wh / kg gelamineerde volledig vaste stof te testen. accu.

Binnenlands bedrijf CATL is ook relatief volwassen op het gebied van sulfide solid-state batterijen, en versnelt momenteel de ontwikkeling van sulfide all-solid lithium-metaalbatterijen voor EV's. Bovendien is het vermeldenswaard dat Ganfeng Lithium onlangs het proeflijnproject voor onderzoek en ontwikkeling van solid-state batterijen heeft voltooid en dat de monsters de inspectie van het Automobile Inspection Center van het China Automobile Research Institute hebben doorstaan, en het project heeft geen Succesvol praktijkprecedent in China, dat een internationale leider is.De technologische doorbraak zal naar verwachting massaproductie bereiken in 2019.

Vergeleken met ternaire batterijen hebben solid-state batterijen zoveel voordelen, waarom hebben ze geen massaproductie kunnen bereiken? De sleutel tot solid-state batterijen zijn elektrolytische materialen in vaste toestand. De belangrijkste reden voor de moeilijkheid bij de ontwikkeling van solid-state batterijen in dit stadium is het feit dat elektrolytische materialen niet doorbraken. Geen van de bestaande anorganische vaste elektrolyt- en polymeerelektrolytmaterialen heeft een hoog ionengeleidingsvermogen en mechanische sterkte, maar heeft ook goede verwerkingseigenschappen.

De technische problemen van krachtige lithiumbatterijen zijn altijd de bottleneck geweest die de ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen in de weg stond, en het knelpunt dat solid-state batterijen moeilijk te doorbreken zijn, zit ook in de technologie. In de hevige concurrentie van' vandaag in de industrie van lithiumbatterijen, zijn de bedrijven die echt het laatst lachen, vaak degenen die de kerntechnologieën beheersen. Solid-state batterijen zijn een belangrijke richting voor technologische ontwikkeling in de toekomst, en het is al de consensus van de industrie. Of Chinese bedrijven de volgende" kunnen winnen; harde strijd" heeft nog steeds de gezamenlijke inspanningen van collega's in de branche nodig.