بطارية الحالة الصلبة الناشئة بهدوء

في الآونة الأخيرة، أثار تقرير CCTV حول "الشحن لمدة ساعة والانتظار لمدة أربع ساعات" مناقشات ساخنة. أصبحت مشكلات عمر البطارية وشحن مركبات الطاقة الجديدة مرة أخرى مشكلة ساخنة للجميع. في الوقت الحاضر، بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم السائلة التقليدية، بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبةمع أمان أعلى، وكثافة طاقة أكبر، وعمر بطارية أطول، ومجالات تطبيق أوسعيعتبرها المطلعون على الصناعة على نطاق واسع بمثابة اتجاه التطوير المستقبلي لبطاريات الليثيوم. وتتنافس الشركات أيضًا على التصميم.

على الرغم من أنه لا يمكن تسويق بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة تجاريًا على المدى القصير، إلا أن عملية البحث والتطوير لتكنولوجيا بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة من قبل الشركات الكبرى أصبحت أسرع وأسرع مؤخرًا، وقد يؤدي طلب السوق إلى تعزيز الإنتاج الضخم للبطاريات الصلبة. الدولة بطارية الليثيوم قبل الموعد المحدد.ستحلل هذه المقالة تطور سوق بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة وعملية إعداد بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، وتأخذك لاستكشاف فرص سوق الأتمتة الموجودة.

تتمتع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بكثافة طاقة واستقرار حراري أفضل بكثير من بطاريات الليثيوم السائلة

في السنوات الأخيرة، أدى الابتكار المستمر في مجال التطبيقات النهائية إلى طرح متطلبات أعلى وأعلى لصناعة بطاريات الليثيوم، كما تم تحسين تكنولوجيا بطاريات الليثيوم بشكل مستمر، والتحرك نحو طاقة وأمان أعلى.من منظور مسار تطوير تكنولوجيا بطاريات الليثيوم، فإن كثافة الطاقة التي يمكن أن تحققها بطاريات الليثيوم السائلة قد اقتربت تدريجياً من الحد الأقصى، وستكون بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة هي الطريقة الوحيدة لتطوير بطاريات الليثيوم.

وفقًا لـ "خارطة الطريق التقنية لتوفير الطاقة ومركبات الطاقة الجديدة"، فإن هدف كثافة الطاقة لبطاريات الطاقة هو 400 وات ساعة/كجم في عام 2025 و500 وات ساعة/كجم في عام 2030.ومن أجل تحقيق هدف عام 2030، قد لا يتمكن مسار تكنولوجيا بطاريات الليثيوم السائلة الحالي من تحمل المسؤولية. من الصعب كسر سقف كثافة الطاقة البالغ 350 وات/كجم، لكن كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة يمكن أن تتجاوز بسهولة 350 وات/كجم.

وبدافع من الطلب في السوق، تولي البلاد أيضًا أهمية كبيرة لتطوير بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة.في "خطة تطوير صناعة مركبات الطاقة الجديدة (2021-2035)" (مسودة للتعليق) التي صدرت في ديسمبر 2019، يُقترح تعزيز البحث والتطوير وتصنيع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، ورفع بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة على المستوى الوطني، كما هو موضح في الجدول 1.

الجدول 1: تحليل مقارن للبطاريات السائلة وبطاريات الحالة الصلبة

ليس فقط بالنسبة لمركبات الطاقة الجديدة، فإن صناعة تخزين الطاقة لديها مساحة تطبيق واسعة

ومن خلال تأثرها بتعزيز السياسات الوطنية، سيوفر التطور السريع لصناعة مركبات الطاقة الجديدة مساحة تطوير واسعة لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة.بالإضافة إلى ذلك، يتم التعرف أيضًا على بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل باعتبارها واحدة من اتجاهات التكنولوجيا الناشئة التي من المتوقع أن تخترق عنق الزجاجة في تكنولوجيا تخزين الطاقة الكهروكيميائية وتلبية احتياجات التطوير المستقبلية.وفيما يتعلق بتخزين الطاقة الكهروكيميائية، تمثل بطاريات الليثيوم حاليًا 80٪ من تخزين الطاقة الكهروكيميائية.تبلغ القدرة المركبة التراكمية لتخزين الطاقة الكهروكيميائية في عام 2020 3269.2 ميجا فولت، بزيادة قدرها 91٪ عن عام 2019. بالإضافة إلى المبادئ التوجيهية للدولة لتطوير الطاقة، فإن الطلب على تخزين الطاقة الكهروكيميائية في جانب المستخدم والمرافق المتصلة بشبكة الطاقة المتجددة و ومن المتوقع أن تشهد المجالات الأخرى نموا سريعا، كما هو مبين في الشكل 1.

مبيعات ونمو مركبات الطاقة الجديدة من يناير إلى سبتمبر 2021 القدرة المركبة التراكمية ومعدل نمو مشاريع تخزين الطاقة الكيميائية في الصين من 2014 إلى 2020

الشكل 1: مبيعات ونمو مركبات الطاقة الجديدة؛ القدرة المركبة التراكمية ومعدل نمو مشاريع تخزين الطاقة الكيميائية في الصين

وتقوم الشركات بتسريع عملية البحث والتطوير، وتفضل الصين بشكل عام أنظمة الأكسيد

في السنوات الأخيرة، بدأت أسواق رأس المال وشركات البطاريات وشركات السيارات الكبرى في زيادة التخطيط البحثي لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة، على أمل السيطرة على المنافسة في تكنولوجيا بطاريات الطاقة من الجيل التالي.ومع ذلك، وفقًا للتقدم الحالي، سوف يستغرق الأمر من 5 إلى 10 سنوات حتى تنضج بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل في العلوم وتكنولوجيا التصنيع قبل الإنتاج الضخم.تعمل شركات السيارات العالمية الرئيسية مثل تويوتا، وفولكس واجن، وبي إم دبليو، وهوندا، ونيسان، وهيونداي، وغيرها، على زيادة استثماراتها في البحث والتطوير في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة؛ فيما يتعلق بشركات البطاريات، تواصل CATL وLG Chem وPanasonic وSamsung SDI وBYD وما إلى ذلك أيضًا تطويرها.

يمكن تقسيم بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل إلى ثلاث فئات وفقًا للمواد الإلكتروليتية: بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة البوليمرية، وبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة الكبريتيدية، وبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة الأكسيدية.تتميز بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة البوليمرية بأداء أمان جيد، وبطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة الكبريتيدية سهلة المعالجة، وبطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة من الأكسيد تتمتع بأعلى موصلية.وفي الوقت الحاضر، تفضل الشركات الأوروبية والأمريكية أنظمة الأكسيد والبوليمر؛ وتحرص الشركات اليابانية والكورية، وعلى رأسها تويوتا وسامسونج، على أنظمة الكبريتيد بشكل أكبر؛ لدى الصين باحثون في الأنظمة الثلاثة، ويفضلون عمومًا أنظمة الأكسيد، كما هو موضح في الشكل 2.

الشكل 2: تخطيط إنتاج بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة لشركات البطاريات وشركات السيارات الكبرى

من منظور تقدم البحث والتطوير، تُعرف تويوتا بأنها واحدة من أقوى اللاعبين في مجال بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة في البلدان الأجنبية. اقترحت تويوتا لأول مرة التطورات ذات الصلة في عام 2008 عندما تعاونت مع شركة إليكا، وهي شركة ناشئة تعمل في مجال بطاريات الليثيوم الصلبة.وفي يونيو 2020، أجرت سيارات تويوتا الكهربائية المجهزة ببطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بالكامل اختبارات القيادة على طريق الاختبار.لقد وصلت الآن إلى مرحلة الحصول على بيانات قيادة السيارة.في سبتمبر 2021، أعلنت تويوتا أنها ستستثمر 13.5 مليار دولار بحلول عام 2030 لتطوير بطاريات الجيل التالي وسلاسل توريد البطاريات، بما في ذلك بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة.محليًا، أنشأت شركات Guoxuan Hi-Tech وQingtao New Energy وGanfeng Lithium Industry خطوط إنتاج تجريبية صغيرة الحجم لبطاريات الليثيوم شبه الصلبة في عام 2019.في سبتمبر 2021، اجتازت بطارية الليثيوم ذات الحالة الصلبة Jiangsu Qingtao 368Wh/kg شهادة الفحص الوطني القوي، كما هو موضح في الجدول 2.

الجدول 2: خطط إنتاج بطاريات الحالة الصلبة للمؤسسات الكبرى

تحليل عملية بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة القائمة على الأكسيد، تعتبر عملية الضغط الساخنة بمثابة رابط جديد

لقد أدت تكنولوجيا المعالجة الصعبة وتكلفة الإنتاج المرتفعة دائمًا إلى تقييد التطوير الصناعي لبطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة. تنعكس التغييرات في عملية بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة بشكل أساسي في عملية تحضير الخلية، كما أن أقطابها الكهربائية والكهارل لها متطلبات أعلى لبيئة التصنيع، كما هو موضح في الجدول 3.

الجدول 3: تحليل عملية بطاريات الليثيوم ذات الحالة الصلبة القائمة على الأكسيد

1. إدخال المعدات النموذجية – الضغط الساخن للتصفيح

مقدمة عن وظيفة النموذج: يتم استخدام مكبس التصفيح الساخن بشكل أساسي في قسم عملية التوليف لخلايا بطارية الليثيوم الصلبة بالكامل. بالمقارنة مع بطارية الليثيوم التقليدية، فإن عملية الضغط الساخن هي رابط جديد، ووصلة حقن السائل مفقودة. متطلبات أعلى.

التكوين التلقائي للمنتج:

• تحتاج كل محطة إلى استخدام محركات مؤازرة ذات 3 إلى 4 محاور، والتي تستخدم في التصفيح واللصق على التوالي.

• استخدم HMI لعرض درجة حرارة التسخين، يحتاج نظام التسخين إلى نظام تحكم PID، والذي يتطلب مستشعر درجة حرارة أعلى ويتطلب كمية أكبر.

• لدى وحدة التحكم PLC متطلبات أعلى فيما يتعلق بدقة التحكم وفترة دورة أقصر. في المستقبل، يجب تطوير هذا النموذج لتحقيق تصفيح بالضغط الساخن بسرعة فائقة.

تشمل الشركات المصنعة للمعدات: شركة Xi'an Tiger لتصنيع المعدات الكهروميكانيكية المحدودة، وشركة Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd.، وشركة Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd.، وشركة Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. إدخال المعدات النموذجية – آلة الصب

مقدمة عن وظيفة النموذج: يتم توفير ملاط ​​المسحوق المختلط إلى رأس الصب من خلال جهاز نظام التغذية التلقائي، ثم يتم تطبيقه بواسطة الكاشطة والأسطوانة والمقعرة الدقيقة وطرق الطلاء الأخرى وفقًا لمتطلبات العملية، ثم يتم تجفيفه في نفق التجفيف. يمكن استخدام الشريط الأساسي مع الجسم الأخضر لإعادة اللف. بعد التجفيف، يمكن تقشير الجسم الأخضر وتشذيبه، ومن ثم قطعه إلى العرض المحدد من قبل المستخدم لصب مادة الفيلم الفارغة بقوة ومرونة معينة.

التكوين التلقائي للمنتج:

• يتم استخدام المؤازرة بشكل رئيسي لإعادة اللف والتفكيك، وتصحيح الانحراف، كما أن وحدة التحكم في التوتر مطلوبة لضبط التوتر في مكان اللف والفك.

• استخدام HMI لعرض درجة حرارة التدفئة، ونظام التدفئة يحتاج إلى نظام التحكم PID.

• يجب تنظيم تدفق تهوية المروحة بواسطة محول التردد.

تشمل الشركات المصنعة للمعدات: شركة Zhejiang Delong Technology Co., Ltd.، وشركة Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd.، وشركة Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. - فرع معدات Xinbaohua.

3. إدخال المعدات النموذجية – مطحنة الرمل

مقدمة عن وظيفة النموذج: تم تحسينها لاستخدام حبات الطحن الصغيرة، بدءًا من التشتت المرن وحتى الطحن عالي الطاقة من أجل العمل الفعال.

التكوين التلقائي للمنتج:

• تتمتع طواحين الرمل بمتطلبات منخفضة نسبيًا للتحكم في الحركة، ولا تستخدم عمومًا أجهزة مؤازرة، ولكنها تستخدم محركات عادية منخفضة الجهد لعملية إنتاج الصنفرة.

• استخدم محول التردد لضبط سرعة المغزل، والذي يمكنه التحكم في طحن المواد بسرعات خطية مختلفة لتلبية متطلبات دقة الطحن المختلفة للمواد المختلفة.

تشمل الشركات المصنعة للمعدات: شركة Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd.، وشركة Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd.، وشركة Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.