Как обстоят дела с развитием твердотельных батарей?

Твердотельные батареи - это батареи, изготовленные с использованием твердотельных электродов и твердотельных электролитов. В отличие от существующих аккумуляторных батарей жидкой формы, они являются одним из основных направлений разработки аккумуляторных батарей для транспортных средств на новой энергии в будущем. Недавно, когда Volkswagen Group объявила о своем финансовом отчете за второй квартал, генеральный директор Volkswagen Group Герберт Дисс сказал, что Volkswagen планирует самостоятельно производить твердотельные батареи, и массовое производство может начаться в 2024 или 2025 году. По данным национального" Energy- экономия и дорожная карта технологии новых энергетических транспортных средств" к 2025 году целевой показатель плотности энергии литиевых батарей для чистых электромобилей составляет 400 Втч / кг, а целевой показатель к 2030 году - 500 Втч / кг. Что касается широко используемой в настоящее время тройной батареи, технические узкие места, существующие на этом этапе, затрудняют достижение вышеуказанных целей.

Если плотность энергии силовых литиевых батарей должна достигать запланированной плотности энергии более 500 Втч / кг, существующая система батарей с жидким электролитом может оказаться бессильной. В качестве технологического пути нового поколения для производства аккумуляторов мощностью 500 Втч / кг исследования и разработки твердотельных аккумуляторных систем стали жестким спросом. Среднесрочное и долгосрочное развитие автомобильной индустрии новой энергии требует новых технических резервов, и ожидается, что твердотельные литий-ионные батареи станут доминирующим технологическим направлением для следующего поколения литиевых аккумуляторов для автомобилей. Это не только важное направление развития аккумуляторных батарей в будущем, но и важная задача в настоящее время.

В чем преимущества твердотельных батарей по сравнению с тройными? Прежде всего, с точки зрения плотности энергии, электрохимическое окно органических электролитов, используемых в настоящее время в тройных и других литий-ионных батареях, ограничено, и их трудно совместить с металлическими литиевыми анодами и недавно разработанными материалами катодов с высоким потенциалом. Однако твердые электролиты обычно имеют более широкую электрическую емкость, чем органические электролиты. Химическое окно помогает еще больше увеличить удельную энергию батареи. Во-вторых, с точки зрения объема, поскольку электролит заменен твердым электролитом, объем твердой батареи будет меньше при той же плотности энергии. При том же количестве энергии твердотельные батареи станут меньше. При условии, что плотность энергии остается прежней, масса и объем твердотельной батареи с таким же зарядом будут меньше, чем у батареи с жидким электролитом. Мало того, поскольку в твердотельной батарее нет электролита, ее легче герметизировать. При использовании его в крупномасштабном оборудовании, таком как автомобили, нет необходимости добавлять дополнительные охлаждающие трубки, электронные элементы управления и т. Д., Что позволяет сэкономить средства при уменьшении собственного веса. После использования твердого электролита графитовый отрицательный электрод можно заменить металлическим литием, что значительно снижает вес всей батареи.

С точки зрения компоновки твердотельных аккумуляторов в разных странах Toyota более продвинута в технологиях. В 2010 году компания выпустила сульфидные твердотельные аккумуляторы. В 2014 году удельная энергия экспериментального образца аккумулятора&№39 достигла 400 Втч / кг. По состоянию на февраль 2017 года количество патентов Toyota&# 39, связанных с твердотельными аккумуляторами, достигло 30, что намного выше, чем у других компаний. По словам руководителей Toyota, Toyota осуществит индустриализацию сульфидных твердотельных аккумуляторов в 2020 году. Кроме того, Samsung также добилась определенных результатов, используя твердые электролиты на основе сульфидов для пробного производства ламинированных твердотельных вторичных аккумуляторов емкостью 2000 мАч, 175 Втч / кг. аккумулятор.

Отечественная компания CATL также относительно хорошо продумала сульфидные твердотельные батареи и в настоящее время ускоряет разработку полностью сульфидных твердотельных литий-металлических батарей для электромобилей. Кроме того, стоит отметить, что компания Ganfeng Lithium недавно завершила проект экспериментальной линии по исследованию и разработке твердотельных аккумуляторов первого поколения, и ее образцы прошли инспекцию Центра автомобильной инспекции Китайского автомобильного научно-исследовательского института, и проект не имеет прецедент успешной практики в Китае, который является международным лидером. Ожидается, что технологический прорыв приведет к массовому производству в 2019 году.

По сравнению с тройными батареями твердотельные батареи имеют так много преимуществ, почему их не удалось осуществить в массовом производстве? Ключ к твердотельным батареям - это твердотельные электролиты. Самая важная причина сложности разработки твердотельных батарей на этом этапе - это неспособность материалов электролита достичь прорывов. Ни один из существующих неорганических твердых электролитов и полимерных электролитических материалов не имеет высокой ионной проводимости и механической прочности, но также не имеет хороших технологических свойств.

Технические проблемы литиевых батарей всегда были узким местом, ограничивающим разработку транспортных средств на новой энергии, и узкое место, которое трудно преодолеть твердотельным аккумуляторам, также связано с технологиями. В сегодняшней жесткой конкуренции&# 39 в индустрии силовых литиевых батарей, компании, которые действительно смеются последними, часто оказываются теми, кто осваивает основные технологии. Твердотельные батареи являются важным направлением развития технологий в будущем, и это уже консенсус в отрасли. Смогут ли китайские компании выиграть следующую" тяжелую битву" по-прежнему нужны совместные усилия коллег по отрасли.