Idealer lyser in i verkligheten: All-Solid-state-batterier kommer att massproduceras

Mot bakgrund av den globala energifrandlingen utvecklas nya energiteknologier snabbt. All-Solid-State-batterier, som en mycket lovande nästa generations batteriteknologi, blir gradvis branschens fokus. Nyligen har biltillverkare som Changan Automobile och BYD meddelat installationsschemat för all-solid-state-batterier, vilket indikerar att kommersialiseringsprocessen för all-fusa-state-batterier accelererar.

All-solid-state-batterier hänvisar till litiumjonbatterier som använder fast tillstånd elektrolyter. När det gäller arbetsprinciper skiljer de sig inte från traditionella litiumbatterier, utan deras kärn, fast tillstånd elektrolyter, ger dem många fördelar jämfört med traditionella flytande litiumbatterier.

När det gäller säkerhetsprestanda är elektrolyten för traditionella flytande litiumbatterier brandfarliga och flyktiga, vilket är en viktig orsak till elfordonsbränder och till och med explosioner. Den fasta elektrolyten som används i all-fasta tillståndsbatterier är inte brandfarligt, vilket kraftigt minskar risken för förbränning och explosion av batteri och förbättrar kraftigt säkerheten. Till exempel kan vissa fasta tillståndsbatterier tåla höga temperaturer på 1, 000 grader och kan fortsätta att leverera kraft även om ett hörn skärs.

När det gäller energitäthet har all-fasta tillståndsbatterier uppenbara fördelar. Energitätheten för traditionella litiumbatterier har gradvis närmade sig en flaskhals. Energitätheten för litiumjärnfosfatbatterier är 150-210 wh/kg, och den övre gränsen för ternära litiumbatterier är cirka 350Wh/kg. Energitätheten för all-solid-state-batterier förväntas nå mer än 500Wh/kg. Till exempel kan energitätheten för Jinzhongzhao all-furudstatliga batteri som utvecklats av Changan Automobile nå 400Wh/kg, och kryssningsområdet överstiger 1 500 kilometer när det är fullt laddat, vilket i hög grad lindrar räckviddens ångest. Samtidigt tål fasta elektrolyter högre spänningar, och batteriets volym kan minskas ytterligare, vilket förbättrar laddningshastigheten kraftigt, och det förväntas uppnå ett kryssningsområde på 1, 000 kilometer efter laddning i 10 minuter.

När det gäller cykelstabilitet och hög och låg temperaturprestanda presterar all-solid-statliga batterier också bra. Dess cykelliv kan nå mer än 10, 000 gånger, vilket är mycket högre än ternära litiumbatterier och litiumjärnfosfatbatterier, och det kan upprätthålla god prestanda i höga och låg temperaturmiljöer, vilket effektivt löser problemet med långsam laddning och snabb effekt för traditionella litiumbatterier i låga temperaturer på vintern.

För närvarande finns det tre mainstream-tekniska rutter för fast tillståndsbatterier: polymerer, oxider och sulfider.

Polymerelektrolyter tillhör kategorin organiska elektrolyter. De är flexibla, har goda mekaniska egenskaper, är enkla att bearbeta och formas, är mycket kompatibla med befintliga flytande elektrolytproduktionsprocesser, är enkla att förbereda tunna filmer i stor skala och har uppnått småskalig massproduktion. Men deras konduktivitet är låg vid rumstemperatur, vanligtvis mellan 10⁻⁷ och 10⁻⁴s/cm, och de måste värmas upp till över 60 grader för att fungera korrekt. De har ett smalt elektrokemiskt fönster och relativt dålig termisk stabilitet.

Oxidelektrolyter är stabila i luften, har utmärkt termisk stabilitet, tål höga temperaturer över 600 grader, har hög mekanisk styrka, kan effektivt hämma tillväxten av litium-dendriter och är lämpliga för positiva elektrodmaterial med hög spänningar såsom högt nickeliga ternära material. FoU -kostnaden och svårigheten är relativt låga. Men det har också problemet med låg jonisk konduktivitet. Konduktiviteten vid rumstemperatur är i allmänhet mellan 10⁻⁶ och 10⁻³s/cm, vilket måste förbättras genom sintring av högtemperatur eller tillsats av flytande elektrolyter, och gränssnittsimpedansen med elektroden är hög, vilket resulterar i en kort cykellivslängd.

Sulfidelektrolyter har utmärkt prestanda och den högsta jonkonduktiviteten. Konduktiviteten vid rumstemperatur kan nå 10⁻²s/cm, vilket ligger nära nivån på flytande elektrolyter. De stöder snabb laddning och urladdning, och den teoretiska energitätheten överstiger 500Wh/kg. De är kompatibla med litiummetallnegativa elektroder, har god termisk stabilitet, är mjuka i strukturen och har stark plasticitet. De har emellertid dålig kemisk stabilitet och är enkla att reagera med fukt och syre i luften för att generera toxisk vätesulfidgas. De är svåra att förbereda och ha höga produktionskostnader.

Globalt har många företag investerat i forskning och utveckling och produktion av all-furudstatliga batterier och påskyndat sin layout. Japanska biltillverkare började tidigt i forskningen och utvecklingen av batterier i fast tillstånd.
Toyota Motors startade solid-state batteriforskning och utveckling redan 2006 och meddelade nyligen att det kommer att starta småskalig provproduktion 2026 och massproduktion efter 2030;
Honda Motors meddelade att det kommer att starta provproduktion av all-fasta statliga batterier för rena elektriska fordon i januari 2025; Nissan planerar att starta provproduktion av solid-state-batterier på sin Yokohama-anläggning i år och starta elektriska fordon utrustade med helt fasta statliga batterier år 2028.

Kinesiska företag är också ovilliga att hålla sig bakom. Catl har byggt en pilotproduktionslinje för all-furud-statliga batterier och genomför för närvarande processoptimering och produktverifiering. Det förväntas massproducera all-solid-state-batterier i liten skala 2027.

BYD inledde forskning och utveckling av all-solid-state-batterier 2013 och har påbörjat genomförbarhetsverifiering av fast tillståndsbatteriindustrialisering och täcker nyckelmaterialteknologiskt genombrott, utveckling av battericellsystem och produktionslinjekonstruktion. Det förväntas starta massdemonstration och installation av all-fasta statliga batterier 2027 och uppnå storskalig kommersialisering efter 2030.

Changan Automobile planerar att starta 8 självutvecklade batterifattor, inklusive vätska, halvfast och solid, 2030, för att starta funktionella prototyper 2025, och gradvis massproducera all-solid-statliga batterier 2027.

GAC AION meddelade att den kommer att uppnå massproduktion och installation av all-solid-state-batterier 2026 och först kommer att installeras i sitt avancerade varumärke Haobo;

Chery Automobile planerar för att uppnå all-solid-state-batterininstallation 2026 och storskalig massproduktion 2027;

SAIC Group meddelade att all-furud-statliga batterier kommer att massproduceras och levereras 2026, och Zhiji nya bilar utrustade med all-furud-statliga batterier kommer att massproduceras och levereras 2027.

Ur det övergripande branschperspektivet liknar den fast tillståndsbatteriindustrins kedja den för flytande batterier, som täcker uppströms råmaterialförsörjning, mittströms batterimaterial och tillverkning och nedströms applikationsområden. Uppströms tillhandahåller huvudsakligen metallresurser som litium, kobolt och nickel samt kärnmaterial för fast tillstånd elektrolyter. Det har starkt resursberoende, höga tekniska hinder och hög marknadskoncentration. Midstream är kärnlänken för batteriforskning och utveckling och tillverkning. Teknologisk innovation är den viktigaste drivkraften, men den står inför problem med komplexa processer och högt kostnadstryck. Nedströms applikationsfält är breda och täcker nya energifordon, energilagring, konsumentelektronik och andra områden, med starkt politiskt stöd och enorm marknadspotential.

Även om all-solid-state-batterier har breda framtidsutsikter står de fortfarande inför många utmaningar på vägen till kommersiell massproduktion.

På teknisk nivå, även om vissa framsteg har gjorts i fasta elektrolyter, positiva och negativa elektrodmaterial etc., finns det fortfarande några grundläggande vetenskapliga problem och tekniska tekniska problem som måste lösas brådskande. Till exempel hur man ytterligare förbättrar jonkonduktiviteten hos fasta elektrolyter, förbättrar deras kompatibilitet med litiummetall och höga specifika energielektrodmaterial och bygger ett kompatibelt och stabilt solid-fast gränssnitt. Olika tekniska rutter har också sina egna brister, såsom den dåliga kemiska stabiliteten och svårigheten att framställa sulfidelektrolyter, och den låga jonkonduktiviteten hos oxidelektrolyter. Dessa problem kräver kontinuerliga FoU -investeringar för att övervinna.

Kostnad är också en viktig faktor som begränsar den storskaliga tillämpningen av all-fasta statliga batterier. För närvarande handlar kostnaden för flytande litiumjonbatterimonomerer ungefär 0. 5 yuan per watt-timme, medan materialkostnaden för solid-state-batterier är mer än 2 yuan per watt-timme utan storskalig massproduktion. Materialkostnaden för en 100- kilowatt-timme batteripaket enbart överstiger 200, 000 yuan, som är mycket högre än de befintliga flytande batterierna. Genom att ta sulfidfastillståndsbatterier som ett exempel är det sällsynta metallindium som krävs för dess produktion dyr, och beredningen av litiumsulfidprekursorer är svår och kostsam, vilket leder till de höga totala kostnaderna för batterier.

På marknadsnivå behöver solid-state-batterier, som nya produkter, en viss tid för att få marknadsigenkänning och acceptans. Även om de har fördelar med energitäthet och säkerhet finns det fortfarande utrymme för förbättring jämfört med traditionella litiumbatterier när det gäller cykellivslängd. Även om vissa företag har uppnått leverans av små batch har de ännu inte bildat stabila order, och det finns osäkerhet i de faktiska applikationens utsikter.

Med tanke på framtiden förväntas all-solida statliga batterier spela en viktig roll inom många områden. Inom området för nya energifordon kommer det att förbättra fordonets kryssningsområde, säkerhet och laddningshastighet, främja den nya energifordonsindustrin till en högre nivå och påskynda elektrifieringsomvandlingen av fordonsindustrin.

Inom energilagringen möjliggör den höga energitätheten och den långa cykellivsegenskaperna för all-solid-state-batterier dem att lagra elektricitet mer effektivt, balansera elförsörjningen och efterfrågan och ge starkt stöd för storskalig åtkomst och stabil drift av förnybar energi.

Inom konsumentelektronik kan all-furudstatliga batterier göra enheter tunnare och mer hållbara och förbättra användarupplevelsen.

Med det kontinuerliga utvecklingen av teknik och utvecklingen av branschen kommer prestanda för all-solid-statliga batterier att fortsätta förbättras och kostnaden förväntas gradvis minska. Den kontinuerliga investeringen och FoU för många företag, såväl som främjande av samarbetsinnovation mellan industri, akademi och forskning, kommer att påskynda det tekniska genombrottet och kommersialiseringen av all-furudstatliga batterier. På politisk nivå ökar regeringarna i olika länder ständigt sitt stöd för nya energiteknologier, vilket också kommer att skapa en bra politisk miljö för utvecklingen av den heliga statliga batteriindustrin.

Eftersom de viktigaste befälhavarna i tävlingen om nästa generations batteriteknologi, möter all-solid-state-batterier flera utmaningar som teknik, kostnad och marknad, men de har en ljus framtid. I vågen av global energifrandling och tekniska framsteg förväntas all-solid-state-batterier bli kärnkraften för att främja energilagring och inleda en ny era av energilagring.