Vad är Solid State-batterier?

Redan i maj i år har många medier hajpat upp projektet på 6 miljarder solid-state batterier.

Efteråt har några solid-state batteriföretag meddelat att de kommer att industrialisera helsolid-state batterier 2027. Olika presskonferenser har följt för att meddela hur hög energitäthet och cykelprestanda kan vara. Man kan ofta höra energitätheten för en enskild cell i ett visst företag på 700+Wh/kg.

Så, vad är egentligen ett solid state-batteri? Vilken nivå har marknaden nått nu? Efter att ha kommunicerat med många vänner runt omkring mig fann jag att det första konceptet som är lätt att förväxla med solid state-batterier är halvfast och helt solid.

Man kan säga att nästan alla så kallade solid-state-batterier som för närvarande cirkulerar på marknaden är semi-solid-state-batterier, det vill säga en fast-vätskeblandning. Men efter att ha tagit isär många solid-state-batterier fann man att den så kallade fast-liquid-blandningen faktiskt är svår att se, och är nästan densamma som tillståndet för flytande batterier. Även genom vissa exakta karaktäriseringar är det svårt att hitta ledtrådar.

Det finns två representativa kinesiska företag: Qingtao och Weilan. Qingtaos huvudsystem är litiumjärnfosfat (såklart har de också ett ternärt system), och Weilan representeras av ternärt (naturligtvis har de även järnlitium). Den förra är huvudsakligen keramisk beläggningsteknik, och den senare annonseras som in-situ härdningsteknik (tyngdpunkten ligger på publicitet). Det sägs att Qingtao för närvarande har 380Wh/kg celler i omlopp, och Weilan säljer för närvarande 350Wh/kg celler med en kapacitet på 110Ah.

Hur är det med helsolid-state-batterier? Hela fasta batterier är huvudsakligen uppdelade i oxider, polymerer och sulfider (naturligtvis finns det även halogenider). Att döma av den nuvarande utvecklingsstatusen för de övergripande ledande företagen är hela teknikvägen sulfid. Det så kallade sulfid-solid-state-batteriet är faktiskt en blandning av positiva och negativa elektrodmaterial med elektrolyter och bindemedelsledande medel för att bilda en positiv elektrod (naturligtvis finns det torra och våta metoder), och sedan elektrolyten och en liten mängd bindemedel blandas för att bilda en film (naturligtvis finns det torra och våta metoder). Om det är en våtmetod är sulfidsystemet mycket känsligt för lösningsmedelssystemet, och givetvis krävs ett speciellt bindemedel. Slutligen staplas de positiva och negativa elektroderna och elektrolytmembranet lager för lager för att bilda en helsolid-state battericell. Var och en av dessa processer har en lucka som blockerar industrialiseringen av helsolid-state-batterier.

Det andra som är lätt att blanda ihop är solid-state batteri=hög säkerhet och hög energitäthet

Detta är ett stort missförstånd för de flesta, inklusive de i branschen. De tror att helsolid-state-batterier har hög energitäthet. Många människor utanför branschen sätter ofta sitt hopp till helsolid-state-batterier, och säger ofta "det blir ingen vätska när helsolid-state-batterier kommer ut". I själva verket är detta inte fallet. För att förstå denna logik måste vi först utgå från begreppet energitäthet: energitäthet=energi/vikt, och energi bestäms av själva materialet, så energitätheten för battericellen bestäms av materialsystemet av batteriet.

Järn-litiumbatterier är för närvarande 180Wh/kg. Eftersom ternära batterier är uppdelade i många system ligger deras energitäthet i princip inom intervallet 240-360 eller till och med 380Wh/kg (mer än 285Wh/kg kräver kiselbaserade material). Naturligtvis är litiumkoboltoxidsystemet i grunden mer än 200 energidensiteter. Nu har många energitäthetspropaganda på marknaden nått 450, 500, 600 eller till och med 700Wh/kg eller mer. I grund och botten är det negativa elektrodmaterialet litiummetall eller ingen negativ elektrod. Detta är det övergripande tillståndet för energitäthet. De positiva och negativa elektrodmaterialen i helsolid-state-batterier har inte separerats från de flytande råvarorna. Därför kommer energitätheten för helsolid-state-batterier inte att vara högre än för flytande batterier.

Det höga värdet som alla pratar om är faktiskt baserat på förväntningen att helsolid-state-batterier kan använda negativa litiumelektroder för att uppnå hög energitäthet för battericellen efter att ha löst säkerhetsproblemet, men denna svårighet är inte mindre än att lösa säkerhetsproblem för flytande litiummetallbatterier. Därför är det ohållbart att säga att energitätheten för halvledarbatterier är låg. Tvärtom, från den faktiska utvecklingsstatusen kommer energitätheten för helsolid-state-batterier att vara lägre. Den första kommer från appliceringen av högenergisystemmaterial, den andra kommer från andelen aktiva material, den tredje kommer från elektrolytmembranets tjocklek och den fjärde kommer från problemet att alla inte betalar mycket uppmärksamhet för närvarande. Driften av helsolid-state-batterier kräver en högtrycksklämma. Klämman kommer att öka vikten av den elektriska utrustningen under faktisk användning, och därigenom minska fördelen med battericellens energitäthet i viss utsträckning.

Sammantaget har helsolid-state-batterier avsevärt förbättrat säkerheten (det finns faktiska tester), men som ett sulfid-solid-state-batteri med mjukt förpackningsmaterial är sulfid i sig ett material med stora säkerhetsrisker. För det andra är säkerhetsförbättringen för helsolid-state-batterier också begränsad. Det är inte säkert i sig. Till viss del kan det fortfarande utlösa termisk rinnande av batteriet.

Ovanstående är en relativt makroskopisk förståelse av de nuvarande solid-state-batterierna, inklusive all-solid-state och semi-solid-state. Naturligtvis, i det långa loppet är all-solid state fortfarande optimistisk. Från den nuvarande situationen är svårigheten att lösa säkerhetsproblemen för vätskebatterier med hög energi inte nödvändigtvis lägre än svårigheten att utveckla en ny generation av högsäkerhetsbatterier i fast tillstånd. Jag tror att vi med gemensamma ansträngningar från uppströms och nedströms industrikedjor kan bryta igenom status quo och förverkliga revolutionen.

Obs: De flesta av de artiklar som trycks om på den här webbplatsen är samlade från Internet. Upphovsrätten till artiklarna tillhör originalförfattaren och originalkällan. Synpunkterna i artikeln är endast till för delning och kommunikation. Om det finns några upphovsrättsproblem, vänligen meddela mig så kommer jag att ta itu med det i tid.