Ideály září do reality: baterie All-Solid budou hromadně vyráběny

Na pozadí globální transformace energie se nové energetické technologie rychle vyvíjejí. Baterie pro všechny pevné stav, jako vysoce slibná technologie baterie nové generace, se postupně stávají předmětem tohoto odvětví. Nedávno automobilové automobily, jako jsou Changan Automobile a BYD, oznámili plán instalace baterií pro všechny pevné státy, což naznačuje, že komercializační proces baterií pro všechny pevné státy zrychluje.

Baterie s all-solid-state se týkají lithium-iontových baterií, které používají elektrolyty v pevném stavu. Pokud jde o pracovní principy, neliší se od tradičních lithiových baterií, ale jejich jádro, elektrolyty s pevným státem, jim poskytují mnoho výhod oproti tradičním tekutým lithiovým bateriím.

Pokud jde o bezpečnostní výkon, je elektrolyt tradičních kapalných lithiových baterií hořlavý a těkavý, což je důležitou příčinou požárů elektrických vozidel a dokonce i explozí. Pevný elektrolyt používaný v bateriích všech pevců není hořlavý, což výrazně snižuje riziko spalování a exploze baterie a výrazně zvyšuje bezpečnost. Například některé baterie v pevném stavu vydrží vysoké teploty 1, 000 stupňů a mohou i nadále dodávat energii, i když je roh řezán.

Pokud jde o hustotu energie, mají baterie All-State zřejmé výhody. Hustota energie tradičních lithiových baterií se postupně přiblížila k úzkému proudu. Hustota energie baterií lithium železa je 150-210 wh/kg a horní hranice ternárních lithiových baterií je asi 350 WH/kg. Očekává se, že energetická hustota baterií pro všechny pevné stav dosáhne více než 500WH/kg. Například hustota energie z baterie Jinzhongzhao All-Solid-State vyvinutá společností Changan Automobile může dosáhnout 400WH/kg a výletní rozsah přesahuje 1 500 kilometrů, když je plně nabitá, což výrazně zmírňuje úzkost v dosahu. Současně pevné elektrolyty vydrží vyšší napětí a objem baterie lze dále snížit, což výrazně zlepšuje rychlost nabíjení a očekává se, že po nabíjení po dobu nabíjení po dobu 10 minut dosáhne výletního rozsahu 1.

Pokud jde o stabilitu cyklu a vysokou a nízkou teplotu, fungují také dobře pevné baterie. Její životnost cyklu může dosáhnout více než 10, 000 časů, což je mnohem vyšší než ternární lithiové baterie a baterie lithium železa, a může si udržovat dobrý výkon v prostředí s vysokou a nízkou teplotou, což účinně vyřeší problém pomalého nabíjení a ztrátu energie tradičních lithiových baterií při nízké teplotě v zimě.

V současné době existují tři mainstreamové technické trasy pro baterie v pevném stavu: polymery, oxidy a sulfidy.

Polymerní elektrolyty patří do kategorie organických elektrolytů. Jsou flexibilní, mají dobré mechanické vlastnosti, jsou snadno zpracovatelné a formy, jsou vysoce kompatibilní s existujícími procesy výroby kapalných elektrolytů, snadno se připravují tenké filmy ve velkém měřítku a dosahují drobné hromadné výroby. Jejich vodivost je však nízká při pokojové teplotě, obvykle mezi 10 a 10 °s/cm, a musí být zahřívána nad 60 stupňů, aby správně fungovaly. Mají úzké elektrochemické okno a relativně špatnou tepelnou stabilitu.

Elektrolyty oxidu jsou stabilní ve vzduchu, mají vynikající tepelnou stabilitu, vydrží vysoké teploty nad 600 stupňů, mají vysokou mechanickou pevnost, mohou účinně inhibovat růst dendritů lithia a jsou vhodné pro vysoce napětí pozitivní elektrodové materiály, jako jsou vysokohorné ternární materiály. Náklady na výzkum a vývoj a potíže jsou relativně nízké. Má však také problém s nízkou iontovou vodivostí. Vodivost při teplotě místnosti je obecně mezi 10⁻⁶ a 10 3S/cm, což je třeba zlepšit vysokoteplotním slinováním nebo přidáním kapalných elektrolytů a impedance rozhraní s elektrodou je vysoká, což vede k životnosti krátkého cyklu.

Sulfidové elektrolyty mají vynikající výkon a nejvyšší iontovou vodivost. Vodivost při pokojové teplotě může dosáhnout 10 ⁻²/cm, což je blízké úrovni kapalných elektrolytů. Podporují rychlé nabíjení a vybíjení a teoretická hustota energie přesahuje 500Wh/kg. Jsou kompatibilní s negativními elektrodami lithium, mají dobrou tepelnou stabilitu, mají měkkou texturu a mají silnou plasticitu. Mají však špatnou chemickou stabilitu a snadno se reagují s vlhkostí a kyslíkem ve vzduchu, aby se generovaly toxický plyn sirovodíku. Je obtížné je připravit a mít vysoké výrobní náklady.

Globálně mnoho společností investovalo do výzkumu a vývoje a výroby baterií pro všechny pevné stav a urychlilo jejich rozvržení. Japonští výrobci automobilů začali na začátku výzkumu a vývoje baterií v pevném stavu.
Společnost Toyota Motors zahájila výzkum a vývoj baterií v pevném stavu již v roce 2006 a nedávno oznámila, že začne v roce 2026 a hromadnou výrobu po roce 2030 zahájit výrobu v malém měřítku;
Honda Motors oznámila, že v lednu 2025 zahájí zkušební výrobu baterií pro čistě elektrická vozidla pro čistá elektrická vozidla; Společnost Nissan plánuje letos zahájit výrobu baterií s pevným státem ve svém závodě na Yokohama a do roku 2028 uvést na trh elektrická vozidla vybavená bateriemi všech pevců.

Čínské společnosti také nejsou ochotny zaostávat. Společnost CATL vytvořila pilotní výrobní linku pro baterie pro všechny pevné stav a v současné době provádí optimalizaci procesů a ověření produktu. Očekává se, že v roce 2027 bude hromadně vyrábět baterie s all-solid-State v malém měřítku.

BYD zahájil výzkum a vývoj baterií pro všechny pevné stav v roce 2013 a zahájil ověření proveditelnosti industrializace baterií v pevném stavu, pokrýval průlomy klíčových technologií, vývoj systému bateriových článků a konstrukci výrobní linky. Očekává se, že v roce 2027 zahájí hromadnou demonstraci a instalaci baterií pro všechny pevné stav a po roce 2030 dosáhne rozsáhlé komercializace.

Společnost Changan Automobile plánuje do roku 2025 spustit 8 samostatných bateriových článků, včetně tekutin, polotuhých a pevných látek, do roku 2020 v roce 2025 a postupně hromadně vyprodukuje baterie pro všechny pevné stav v roce 2027.

Společnost GAC Aion oznámila, že v roce 2026 dosáhne hromadné výroby a instalace baterií pro všechny pevné stav a bude nejprve nainstalována ve své špičkové značce Haobo;

Chery Automobile plánuje dosáhnout instalace baterie pro všechny pevné stav v roce 2026 a rozsáhlou hromadnou výrobu v roce 2027;

Společnost SAIC Group oznámila, že baterie s pevným státem budou hromadně vyráběny a dodány v roce 2026 a nová vozy Zhiji vybavené bateriemi s všemi pevnými státy budou hromadně vyráběny a dodány v roce 2027.

Z celkového průmyslu je průmyslový řetězec baterií v pevném státě podobný řetězci tekutých baterií, pokrývající přívod surovin proti proudu, materiály baterií a výrobu baterií v polovině a po proudu a oblasti aplikací. Upstream poskytuje hlavně kovové zdroje, jako je lithium, kobalt a nikl, jakož i základní materiály pro elektrolyty v pevném stavu. Má silnou závislost na zdrojích, vysoké technické bariéry a vysokou koncentraci na trhu. Midstream je hlavní vazbou výzkumu a vývoje a výroby baterií. Technologická inovace je klíčovou hnací silou, ale čelí problémům složitých procesů a tlaku s vysokým nákladům. Následující aplikace jsou široká a pokrývají nová energetická vozidla, skladování energie, spotřební elektroniku a další oblasti se silnou politickou podporou a obrovským tržním potenciálem.

Ačkoli baterie s all-pessid-state mají široké vyhlídky, stále čelí mnoha výzvám na cestě k komerční hromadné výrobě.

Na technické úrovni, ačkoli byl dosažen určitý pokrok v pevných elektrolytech, pozitivních a negativních elektrodových materiálech atd., Stále existují některé základní vědecké problémy a technické problémy, které je třeba naléhavě vyřešit. Například, jak dále zlepšit iontovou vodivost pevných elektrolytů, zlepšit jejich kompatibilitu s lithiovým kovem a vysoce specifickými energetickými materiály a vytvořit kompatibilní a stabilní pevné rozhraní. Různé technické trasy mají také své vlastní nedostatky, jako je špatná chemická stabilita a potíže s přípravou sulfidových elektrolytů a nízká iontová vodivost oxidových elektrolytů. Tyto problémy vyžadují nepřetržité investice do výzkumu a vývoje.

Náklady jsou také důležitým faktorem omezujícím rozsáhlé použití baterií pro všechny pevné stav. V současné době jsou náklady na kapalinové lithium-iontové baterie monomery asi 0. Náklady na materiál na 100- kilowatthodinová baterie sama o sobě přesahují 200, 000 yuan, což je mnohem vyšší než stávající kapalné baterie. Jako příklad užívání baterií s pevným stavem sulfidu je vzácné kovové indium potřebné pro její produkci drahé a příprava prekurzorů sulfidu lithia je obtížná a nákladná, což vede k vysokým celkovým nákladům na baterie.

Na tržní úrovni vyžadují baterie v pevném stavu jako nové produkty určitou dobu, aby získaly uznání a přijetí trhu. Přestože mají výhody v hustotě a bezpečnosti energie, stále existuje prostor pro zlepšení ve srovnání s tradičními lithiovými bateriemi, pokud jde o životnost cyklu. Kromě toho, ačkoli některé společnosti dosáhly doručení malých dávek vzorků, dosud nevytvořily stabilní příkazy a ve skutečných vyhlídkách na aplikaci existuje nejistota.

Při pohledu do budoucnosti se očekává, že baterie všech pevců budou hrát důležitou roli v mnoha oborech. V oblasti nových energetických vozidel výrazně zlepší výletní rozsah vozidla, bezpečnost a rychlost nabíjení, propaguje nový průmysl energetických vozidel na vyšší úroveň a urychlí transformaci elektrifikace automobilového průmyslu.

V oblasti skladování energie umožňují vysokou hustotu energie a dlouhý cyklus život baterií pro všechny pevné státy efektivněji ukládat elektřinu, vyvážit nabídku a poptávku elektřiny a poskytovat silnou podporu pro rozsáhlý přístup a stabilní provoz obnovitelné energie.

V oblasti spotřební elektroniky mohou baterie pro všechny pevné stav způsobit, že zařízení ztenčí a odolnější a zlepšit uživatelský zážitek.

S neustálým rozvojem technologie a rozvojem odvětví se výkon baterií pro všechny pevné státy nadále zlepšuje a očekává se, že náklady se postupně snižují. Nepřetržité investice a výzkum a vývoj mnoha společností, jakož i propagace spolupráce mezi průmyslem, akademií a výzkumem, urychlí technologický průlom a komercializaci baterií pro všechny pevné stav. Na úrovni politiky vlády různých zemí neustále zvyšují podporu nových energetických technologií, které také vytvoří dobré politické prostředí pro rozvoj průmyslu baterie pro všechny pevné státy.

Jako klíčové velící výšky konkurence o technologii baterie nové generace čelí baterie s All-State s více výzvami, jako je technologie, náklady a trh, ale mají světlou budoucnost. Ve vlně globální transformace energie a technologického pokroku se očekává, že se baterie All-State stanou hlavní silou, která by podpořila transformaci skladování energie a ohlašovala se v nové éře skladování energie.