Тихо възникващата твърдотелна батерия

Наскоро докладът на CCTV за „зареждане за един час и чакане на опашка за четири часа“ предизвика разгорещени дискусии. Животът на батерията и проблемите със зареждането на превозни средства с нова енергия отново се превърнаха в горещ въпрос за всички. В момента, в сравнение с традиционните течни литиеви батерии, твърдотелни литиеви батериис по-висока безопасност, по-голяма енергийна плътност, по-дълъг живот на батерията и по-широки области на приложениешироко разглеждан от вътрешни лица в индустрията като бъдеща посока на развитие на литиевите батерии. Компаниите също се състезават за оформление.

Въпреки че твърдотелната литиева батерия не може да бъде комерсиализирана в краткосрочен план, процесът на изследване и развитие на технологията за твърдотелна литиева батерия от големите компании напоследък става все по-бърз и по-бърз и търсенето на пазара може да насърчи масовото производство на твърди- състояние литиева батерия предсрочно.Тази статия ще анализира развитието на пазара на твърдотелни литиеви батерии и процеса на подготовка на твърдотелни литиеви батерии и ще ви отведе да проучите пазарните възможности за автоматизация, които съществуват.

Литиевите батерии в твърдо състояние имат значително по-добра енергийна плътност и термична стабилност от течните литиеви батерии

През последните години непрекъснатите иновации в областта на приложението надолу по веригата поставиха все по-високи изисквания за индустрията на литиевите батерии, а технологията на литиевите батерии също непрекъснато се подобрява, преминавайки към по-висока специфична енергия и безопасност.От гледна точка на пътя на развитие на технологията за литиеви батерии, енергийната плътност, която течните литиеви батерии могат да постигнат, постепенно се приближи до своя лимит и твърдотелните литиеви батерии ще бъдат единственият начин за разработване на литиеви батерии.

Според „Техническата пътна карта за енергоспестяващи и нови енергийни превозни средства“, целта за енергийна плътност на батериите е 400Wh/kg през 2025 г. и 500Wh/kg през 2030 г.За да се постигне целта до 2030 г., съществуващият технологичен маршрут за течни литиеви батерии може да не успее да поеме отговорността. Трудно е да се прекъсне таванът на енергийната плътност от 350Wh/kg, но енергийната плътност на твърдотелните литиеви батерии може лесно да надхвърли 350Wh/kg.

Водена от търсенето на пазара, страната също така отдава голямо значение на разработването на твърдотелни литиеви батерии.В „Плана за развитие на индустрията за нови енергийни превозни средства (2021-2035 г.)“ (проект за коментар), публикуван през декември 2019 г., се предлага да се засилят изследванията и развитието и индустриализацията на литиеви батерии в твърдо състояние и да се повиши броят на литиевите батерии в твърдо състояние на национално ниво, както е показано в таблица 1.

Таблица 1 Сравнителен анализ на течни батерии и батерии в твърдо състояние

Не само за нови енергийни превозни средства, индустрията за съхранение на енергия има широко приложение

Повлияно от насърчаването на националните политики, бързото развитие на автомобилната индустрия с нова енергия ще осигури широко пространство за развитие на твърдотелни литиеви батерии.В допълнение, изцяло твърдотелните литиеви батерии също са признати за едно от нововъзникващите технологични направления, които се очаква да пробият пречките на електрохимичната технология за съхранение на енергия и да отговорят на бъдещите нужди за развитие.По отношение на електрохимичното съхранение на енергия, литиевите батерии в момента представляват 80% от електрохимичното съхранение на енергия.Кумулативният инсталиран капацитет на електрохимично съхранение на енергия през 2020 г. е 3269,2 MV, което е увеличение от 91% спрямо 2019 г. В комбинация с насоките на страната за енергийно развитие, търсенето на електрохимично съхранение на енергия от страна на потребителя, съоръжения за възобновяема енергия, свързани с мрежата и други области се очаква да доведат до бърз растеж, както е показано на фигура 1.

Продажби и растеж на нови енергийни превозни средства от януари до септември 2021 г. Кумулативен инсталиран капацитет и темп на растеж на проекти за съхранение на химическа енергия в Китай от 2014 г. до 2020 г.

Фигура 1 Продажби и растеж на нови енергийни превозни средства; кумулативен инсталиран капацитет и темп на растеж на проекти за съхранение на химическа енергия в Китай

Предприятията ускоряват процеса на изследване и развитие, а Китай като цяло предпочита оксидни системи

През последните години капиталовият пазар, компаниите за батерии и големите автомобилни компании започнаха да увеличават изследователското оформление на литиеви батерии в твърдо състояние, надявайки се да доминират в конкуренцията в технологията за батерии от следващо поколение.Въпреки това, според настоящия напредък, ще отнеме 5-10 години, докато изцяло твърдотелните литиеви батерии станат зрели в науката и производствените технологии преди масовото производство.Международни масови автомобилни компании като Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai и т.н. увеличават инвестициите си в научноизследователска и развойна дейност в технологията за твърдотелни литиеви батерии; по отношение на компаниите за батерии, CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD и др. също продължават да се развиват.

Изцяло твърдотелните литиеви батерии могат да бъдат разделени на три категории според електролитните материали: полимерни твърдотелни литиеви батерии, сулфидни твърдотелни литиеви батерии и оксидни твърдотелни литиеви батерии.Полимерната твърдотелна литиева батерия има добри показатели за безопасност, сулфидната твърдотелна литиева батерия е лесна за обработка, а оксидната твърдотелна литиева батерия има най-висока проводимост.В момента европейските и американските компании предпочитат оксидни и полимерни системи; Японските и корейските компании, водени от Toyota и Samsung, са по-заинтересовани от сулфидни системи; Китай има изследователи и в трите системи и като цяло предпочита оксидните системи, както е показано на фигура 2.

Фигура 2 Разположение на производството на твърдотелни литиеви батерии на компании за батерии и големи автомобилни компании

От гледна точка на напредъка в научноизследователската и развойната дейност, Toyota е призната за един от най-мощните играчи в областта на твърдотелните литиеви батерии в чужди страни. Toyota за първи път предложи съответните разработки през 2008 г., когато си сътрудничи с Ilika, стартираща компания за твърдотелни литиеви батерии.През юни 2020 г. електрическите превозни средства на Toyota, оборудвани с изцяло твърдотелни литиеви батерии, вече са провели тестове за шофиране по тестовия маршрут.Сега е достигнато етапът на получаване на данни за управлението на превозното средство.През септември 2021 г. Toyota обяви, че ще инвестира 13,5 милиарда долара до 2030 г. за разработване на батерии от следващо поколение и вериги за доставка на батерии, включително литиеви батерии в твърдо състояние.В страната Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy и Ganfeng Lithium Industry създадоха малки пилотни производствени линии за полутвърди литиеви батерии през 2019 г.През септември 2021 г. твърдотелната литиева батерия Jiangsu Qingtao 368Wh/kg премина националния сертификат за силна инспекция, както е показано в таблица 2.

Таблица 2 Планове за производство на твърдотелни батерии на големи предприятия

Анализ на процеса на базирани на оксид твърдотелни литиеви батерии, процесът на горещо пресоване е нова връзка

Трудната технология на обработка и високите производствени разходи винаги са ограничавали индустриалното развитие на литиеви батерии в твърдо състояние. Промените в процеса на литиеви батерии в твърдо състояние се отразяват главно в процеса на подготовка на клетките и техните електроди и електролити имат по-високи изисквания за производствената среда, както е показано в таблица 3.

Таблица 3 Анализ на процеса на базирани на оксид твърдотелни литиеви батерии

1. Въвеждане на типично оборудване – гореща преса за ламиниране

Въвеждане на функцията на модела: Горещата преса за ламиниране се използва главно в секцията за синтез на изцяло твърди литиеви батерийни клетки. В сравнение с традиционната литиева батерия, процесът на горещо пресоване е нова връзка и връзката за инжектиране на течност липсва. по-високи изисквания.

Автоматична конфигурация на продукта:

• Всяка станция трябва да използва 3~4 оси серво мотори, които се използват съответно за ламиниране и залепване;

• Използвайте HMI за показване на температурата на нагряване, отоплителната система се нуждае от PID система за управление, която изисква сензор за по-висока температура и изисква по-голямо количество;

• Контролерът PLC има по-високи изисквания за точност на управление и по-кратък период на цикъл. В бъдеще този модел трябва да бъде разработен за постигане на ултрависокоскоростно ламиниране с горещо пресоване.

Производителите на оборудване включват: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. и Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. Въвеждане на типово оборудване – леярска машина

Въвеждане на функцията на модела: Смесената прахообразна суспензия се подава към леярската глава чрез устройството за автоматична захранваща система и след това се нанася чрез скрепер, валяк, микровдлъбнат и други методи за нанасяне на покритие в съответствие с изискванията на процеса и след това се изсушава в сушилния тунел. Основната лента заедно със зеленото тяло може да се използва за пренавиване. След изсушаване, зеленото тяло може да бъде обелено и подрязано и след това нарязано на ширината, определена от потребителя, за да се отлее заготовка от филмов материал с определена здравина и гъвкавост.

Автоматична конфигурация на продукта:

• Сервото се използва главно за пренавиване и развиване, коригиране на отклонението, а контролерът на напрежението е необходим за регулиране на напрежението на мястото на пренавиване и развиване;

• Използвайте HMI за показване на температурата на нагряване, отоплителната система се нуждае от PID контролна система;

• Вентилационният поток на вентилатора трябва да се регулира от честотен преобразувател.

Производителите на оборудване включват: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.

3. Въвеждане на типично оборудване – пясъчна мелница

Представяне на функцията на модела: Той е оптимизиран за използване на малки смилащи перли, от гъвкаво разпръскване до смилане с ултрависока енергия за ефективна работа.

Автоматична конфигурация на продукта:

• Пясъчните мелници имат сравнително ниски изисквания за управление на движението, като цяло не използват серво, а използват обикновени двигатели с ниско напрежение за производствения процес на шлайфане;

• Използвайте честотния преобразувател, за да регулирате скоростта на шпиндела, който може да контролира смилането на материали при различни линейни скорости, за да отговори на различните изисквания за финост на смилане на различни материали.

Производителите на оборудване включват: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. и Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.