Ideal bersinar menjadi realiti: bateri semua-pepejal akan dihasilkan secara besar-besaran

Terhadap latar belakang transformasi tenaga global, teknologi tenaga baru berkembang pesat. Bateri semua-pepejal, sebagai teknologi bateri generasi akan datang yang sangat menjanjikan, secara beransur-ansur menjadi tumpuan industri. Baru-baru ini, pembuat kereta seperti Vahan Automobil dan BYD telah mengumumkan jadual pemasangan bateri semua pepejal, menunjukkan bahawa proses pengkomersialan bateri semua pepejal adalah mempercepatkan.

Bateri semua-pepejal merujuk kepada bateri lithium-ion yang menggunakan elektrolit keadaan pepejal. Dari segi prinsip kerja, mereka tidak berbeza dengan bateri litium tradisional, tetapi terasnya, elektrolit keadaan pepejal, memberi mereka banyak kelebihan ke atas bateri litium cecair tradisional.

Dari segi prestasi keselamatan, elektrolit bateri litium cecair tradisional mudah terbakar dan tidak menentu, yang merupakan punca penting kebakaran kenderaan elektrik dan juga letupan. Elektrolit pepejal yang digunakan dalam bateri semua-pepejal tidak mudah terbakar, yang sangat mengurangkan risiko pembakaran dan letupan bateri, dan meningkatkan keselamatan. Sebagai contoh, beberapa bateri pepejal boleh menahan suhu tinggi 1, {4}} darjah dan boleh terus membekalkan kuasa walaupun sudut dipotong.

Dari segi ketumpatan tenaga, bateri semua-pepejal mempunyai kelebihan yang jelas. Ketumpatan tenaga bateri litium tradisional secara beransur -ansur mendekati kesesakan. Ketumpatan tenaga bateri fosfat besi lithium adalah 150-210 wh/kg, dan had atas bateri lithium ternary adalah kira -kira 350Wh/kg. Ketumpatan tenaga bateri semua pepejal dijangka mencapai lebih dari 500WH/kg. Sebagai contoh, ketumpatan tenaga bateri jinzhongzhao all-solid-state yang dibangunkan oleh Changan Automobile boleh mencapai 400WH/kg, dan julat pelayaran melebihi 1,500 kilometer apabila dicas sepenuhnya, yang sangat mengurangkan kebimbangan pelbagai. Pada masa yang sama, elektrolit pepejal dapat menahan voltan yang lebih tinggi, dan jumlah bateri dapat dikurangkan lagi, yang meningkatkan kelajuan pengecasan, dan ia dijangka mencapai julat pelayaran 1, 000 kilometer setelah mengecas selama 10 minit.

Dari segi kestabilan kitaran dan prestasi suhu yang tinggi dan rendah, bateri semua pepejal juga berfungsi dengan baik. Kehidupan kitarannya dapat mencapai lebih dari 10, 000 kali, yang jauh lebih tinggi daripada bateri litium ternary dan bateri fosfat besi litium, dan ia dapat mengekalkan prestasi yang baik dalam persekitaran suhu tinggi dan rendah, dengan berkesan menyelesaikan masalah pengisian perlahan dan kehilangan kuasa cepat bateri litium tradisional pada suhu rendah pada musim sejuk.

Pada masa ini, terdapat tiga laluan teknikal arus perdana untuk bateri pepejal: polimer, oksida dan sulfida.

Elektrolit polimer tergolong dalam kategori elektrolit organik. Mereka fleksibel, mempunyai sifat mekanikal yang baik, mudah diproses dan dibentuk, sangat serasi dengan proses pengeluaran elektrolit cecair sedia ada, mudah untuk menyediakan filem-filem nipis secara besar-besaran, dan telah mencapai pengeluaran besar-besaran kecil. Walau bagaimanapun, kekonduksian mereka adalah rendah pada suhu bilik, biasanya antara 10 dan 10 ⁻⁴s/cm, dan mereka perlu dipanaskan ke atas 60 darjah untuk berfungsi dengan baik. Mereka mempunyai tingkap elektrokimia sempit dan kestabilan terma yang agak miskin.

Elektrolit oksida stabil di udara, mempunyai kestabilan terma yang sangat baik, dapat menahan suhu tinggi melebihi 600 darjah, mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi, dapat menghalang pertumbuhan dendrit litium, dan sesuai untuk bahan elektrod positif voltan tinggi seperti bahan-bahan ternari tinggi nikel. Kos dan kesukaran R & D agak rendah. Walau bagaimanapun, ia juga mempunyai masalah kekonduksian ionik yang rendah. Kekonduksian pada suhu bilik umumnya antara 10 dan 10⁻³s/cm, yang perlu diperbaiki oleh sintering suhu tinggi atau menambah elektrolit cecair, dan impedans antara muka dengan elektrod adalah tinggi, mengakibatkan kehidupan kitaran pendek.

Elektrolit sulfida mempunyai prestasi yang sangat baik dan kekonduksian ionik tertinggi. Kekonduksian pada suhu bilik boleh mencapai 10 ⁻²S/cm, yang hampir dengan tahap elektrolit cecair. Mereka menyokong pengisian cepat dan pelepasan, dan ketumpatan tenaga teoretikal melebihi 500WH/kg. Mereka bersesuaian dengan elektrod negatif logam lithium, mempunyai kestabilan terma yang baik, lembut dalam tekstur, dan mempunyai keplastikan yang kuat. Walau bagaimanapun, mereka mempunyai kestabilan kimia yang lemah dan mudah bertindak balas dengan kelembapan dan oksigen di udara untuk menghasilkan gas sulfida hidrogen toksik. Mereka sukar untuk menyediakan dan mempunyai kos pengeluaran yang tinggi.

Secara global, banyak syarikat telah melabur dalam penyelidikan dan pembangunan dan pengeluaran bateri semua pepejal dan mempercepatkan susun atur mereka. Pembuat kereta Jepun bermula awal dalam penyelidikan dan pembangunan bateri pepejal.
Toyota Motors memulakan penyelidikan dan pembangunan bateri keadaan pepejal seawal tahun 2006, dan baru-baru ini mengumumkan bahawa ia akan memulakan pengeluaran percubaan berskala kecil pada tahun 2026 dan pengeluaran besar-besaran selepas 2030;
Honda Motors mengumumkan bahawa ia akan memulakan pengeluaran percubaan bateri semua pepejal untuk kenderaan elektrik tulen pada Januari 2025; Nissan merancang untuk memulakan pengeluaran percubaan bateri pepejal di kilang Yokohama tahun ini, dan melancarkan kenderaan elektrik yang dilengkapi dengan bateri semua pepejal pada tahun 2028.

Syarikat -syarikat China juga tidak mahu ketinggalan. CATL telah membina barisan pengeluaran perintis untuk bateri semua pepejal dan sedang menjalankan pengoptimuman proses dan pengesahan produk. Ia dijangka menghasilkan massa bateri semua-pepejal pada skala kecil pada tahun 2027.

BYD memulakan penyelidikan dan pembangunan bateri semua pepejal pada tahun 2013 dan telah memulakan pengesahan kemungkinan perindustrian bateri pepejal, yang meliputi penemuan teknologi bahan utama, pembangunan sistem sel bateri dan pembinaan barisan pengeluaran. Ia dijangka memulakan demonstrasi massa dan pemasangan bateri semua pepejal pada tahun 2027 dan mencapai pengkomersialan berskala besar selepas 2030.

Rancangan kereta Changan untuk melancarkan 8 sel bateri yang dibangunkan sendiri, termasuk cecair, separa pepejal dan pepejal, menjelang 2030, untuk melancarkan prototaip berfungsi pada tahun 2025, dan secara beransur-ansur menghasilkan bateri semua padu-padu pada tahun 2027.

GAC Aion mengumumkan bahawa ia akan mencapai pengeluaran besar-besaran dan pemasangan bateri semua-pepejal pada tahun 2026, dan akan dipasang terlebih dahulu dalam jenama mewah Haobo;

Chery Automobile merancang untuk mencapai pemasangan bateri semua pepejal pada tahun 2026 dan pengeluaran besar-besaran besar pada tahun 2027;

SAIC Group mengumumkan bahawa bateri semua pepejal akan dihasilkan secara besar-besaran dan dihantar pada tahun 2026, dan kereta baru Zhiji yang dilengkapi dengan bateri semua pepejal akan dihasilkan secara besar-besaran dan dihantar pada tahun 2027.

Dari perspektif industri keseluruhan, rantaian industri bateri pepejal adalah serupa dengan bateri cecair, yang meliputi bekalan bahan mentah hulu, bahan bateri dan pembuatan, dan kawasan aplikasi hiliran. Hulu ini menyediakan sumber logam seperti litium, kobalt, dan nikel, serta bahan teras untuk elektrolit keadaan pepejal. Ia mempunyai pergantungan sumber yang kuat, halangan teknikal yang tinggi, dan kepekatan pasaran yang tinggi. Midstream adalah pautan teras penyelidikan dan pembangunan bateri dan pembuatan. Inovasi teknologi adalah daya penggerak utama, tetapi ia menghadapi masalah proses kompleks dan tekanan kos yang tinggi. Bidang aplikasi hiliran adalah luas, meliputi kenderaan tenaga baru, penyimpanan tenaga, elektronik pengguna dan bidang lain, dengan sokongan dasar yang kuat dan potensi pasaran yang besar.

Walaupun bateri semua pepejal mempunyai prospek yang luas, mereka masih menghadapi banyak cabaran di jalan menuju pengeluaran besar-besaran komersial.

Di peringkat teknikal, walaupun beberapa kemajuan telah dibuat dalam elektrolit pepejal, bahan elektrod positif dan negatif, dan lain -lain, masih terdapat beberapa masalah saintifik asas dan masalah teknikal kejuruteraan yang perlu diselesaikan dengan segera. Sebagai contoh, bagaimana untuk meningkatkan kekonduksian ionik elektrolit pepejal, meningkatkan keserasian mereka dengan logam litium dan bahan elektrod tenaga tertentu yang tinggi, dan membina antara muka pepejal pepejal yang serasi dan stabil. Laluan teknikal yang berbeza juga mempunyai kekurangan mereka sendiri, seperti kestabilan kimia yang lemah dan kesukaran penyediaan elektrolit sulfida, dan kekonduksian ionik rendah elektrolit oksida. Masalah ini memerlukan pelaburan R & D yang berterusan untuk diatasi.

Kos juga merupakan faktor penting yang mengehadkan aplikasi berskala besar bateri semua pepejal. Pada masa ini, kos monomer bateri lithium-ion cecair adalah kira-kira 0. Kos bahan 100- pek bateri kilowatt-jam sahaja melebihi 200, 000 yuan, yang jauh lebih tinggi daripada bateri cecair yang sedia ada. Mengambil bateri keadaan pepejal sulfida sebagai contoh, indium logam jarang diperlukan untuk pengeluarannya adalah mahal, dan penyediaan lithium sulfide prekursor adalah sukar dan mahal, yang membawa kepada kos keseluruhan bateri yang tinggi.

Di peringkat pasaran, bateri pepejal, sebagai produk baru, memerlukan masa tertentu untuk mendapatkan pengiktirafan dan penerimaan pasaran. Walaupun mereka mempunyai kelebihan dalam ketumpatan dan keselamatan tenaga, masih ada ruang untuk penambahbaikan berbanding dengan bateri litium tradisional dari segi kehidupan kitaran. Di samping itu, walaupun sesetengah syarikat telah mencapai penghantaran sampel kecil, mereka belum lagi membentuk pesanan yang stabil, dan terdapat ketidakpastian dalam prospek aplikasi sebenar.

Melihat masa depan, bateri semua pepejal dijangka memainkan peranan penting dalam banyak bidang. Dalam bidang kenderaan tenaga baru, ia akan meningkatkan jarak pelayaran kenderaan, keselamatan dan kelajuan pengecasan kenderaan, mempromosikan industri kenderaan tenaga baru ke tahap yang lebih tinggi, dan mempercepatkan transformasi elektrik industri automotif.

Dalam bidang penyimpanan tenaga, ketumpatan tenaga yang tinggi dan ciri-ciri kehidupan kitaran panjang bateri semua pepejal membolehkan mereka menyimpan elektrik dengan lebih cekap, mengimbangi bekalan dan permintaan elektrik, dan memberikan sokongan yang kuat untuk akses besar-besaran dan operasi tenaga boleh diperbaharui yang stabil.

Dalam bidang elektronik pengguna, bateri semua pepejal boleh membuat peranti lebih nipis dan lebih tahan lama, dan meningkatkan pengalaman pengguna.

Dengan kemajuan teknologi yang berterusan dan pembangunan industri, prestasi bateri semua pepejal akan terus bertambah baik, dan kos dijangka secara beransur-ansur berkurangan. Pelaburan berterusan dan R & D banyak syarikat, serta promosi inovasi kolaboratif antara industri, akademik dan penyelidikan, akan mempercepatkan kejayaan teknologi dan pengkomersialan bateri semua pepejal. Di peringkat dasar, kerajaan dari pelbagai negara sentiasa meningkatkan sokongan mereka untuk teknologi tenaga baru, yang juga akan mewujudkan persekitaran dasar yang baik untuk pembangunan industri bateri semua pepejal.

Sebagai ketinggian utama persaingan untuk teknologi bateri generasi akan datang, bateri semua-pepejal menghadapi pelbagai cabaran seperti teknologi, kos dan pasaran, tetapi mereka mempunyai masa depan yang cerah. Dalam gelombang transformasi tenaga global dan kemajuan teknologi, bateri semua-pepejal dijangka menjadi daya teras untuk menggalakkan transformasi penyimpanan tenaga dan menyambut era penyimpanan tenaga baru.