For nylig har CCTV's rapport om "opladning i en time og kø i fire timer" udløst heftige diskussioner. Batterilevetid og opladningsproblemer for nye energikøretøjer er igen blevet et varmt emne for alle. På nuværende tidspunkt sammenlignet med traditionelle flydende lithium-batterier, solid-state lithium-batteriermed højere sikkerhed, større energitæthed, længere batterilevetid og bredere anvendelsesområder erbredt anset af industriinsidere som den fremtidige udviklingsretning for lithiumbatterier. Virksomheder konkurrerer også om layout.
Selvom solid-state lithium-batteriet ikke kan kommercialiseres på kort sigt, er forsknings- og udviklingsprocessen for solid-state lithium-batteriteknologi af større virksomheder blevet hurtigere og hurtigere for nylig, og markedsefterspørgslen kan fremme masseproduktionen af solid-state lithium-batterier. angiv lithiumbatteri før tidsplanen.Denne artikel vil analysere udviklingen på markedet for solid-state lithiumbatterier og processen med at forberede solid-state lithium-batterier og tage dig med til at udforske de automatiseringsmarkedsmuligheder, der findes.
Solid-state lithium-batterier har væsentligt bedre energitæthed og termisk stabilitet end flydende lithium-batterier
I de seneste år har den kontinuerlige innovation inden for downstream-applikationsområdet stillet højere og højere krav til lithiumbatteriindustrien, og lithiumbatteriteknologien er også løbende blevet forbedret og bevæger sig mod højere specifik energi og sikkerhed.Fra perspektivet af udviklingsvejen for lithium-batteriteknologi har energitætheden, som flydende lithium-batterier kan opnå, gradvist nærmet sig sin grænse, og solid-state lithium-batterier vil være den eneste måde for udvikling af lithium-batterier.
Ifølge "Technical Roadmap for Energy Saving and New Energy Vehicles" er energitæthedsmålet for strømbatterier 400Wh/kg i 2025 og 500Wh/kg i 2030.For at nå målet om 2030 vil den eksisterende flydende lithiumbatteriteknologi muligvis ikke kunne påtage sig ansvaret. Det er svært at bryde energitæthedsloftet på 350Wh/kg, men energitætheden for solid-state lithium-batterier kan nemt overstige 350Wh/kg.
Drevet af markedsefterspørgsel lægger landet også stor vægt på udviklingen af solid-state lithium-batterier.I "New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)" (Udkast til kommentar) udgivet i december 2019, foreslås det at styrke forskningen og udviklingen og industrialiseringen af solid-state lithium-batterier og øge solid-state lithium-batterier til nationalt niveau, som vist i tabel 1.
Tabel 1 Sammenlignende analyse af flydende batterier og solid-state batterier
Ikke kun for nye energikøretøjer har energilagringsindustrien et bredt anvendelsesområde
Påvirket af fremme af nationale politikker vil den hurtige udvikling af den nye energikøretøjsindustri give et bredt udviklingsrum for solid-state lithium-batterier.Derudover er all-solid-state lithium-batterier også anerkendt som en af de nye teknologiske retninger, der forventes at bryde igennem flaskehalsen inden for elektrokemisk energilagringsteknologi og opfylde fremtidige udviklingsbehov.Med hensyn til elektrokemisk energilagring tegner lithiumbatterier sig i øjeblikket for 80% af elektrokemisk energilagring.Den kumulative installerede kapacitet for elektrokemisk energilagring i 2020 er 3269,2MV, en stigning på 91 % i forhold til 2019. Kombineret med landets retningslinjer for energiudvikling, efterspørgslen efter elektrokemisk energilagring på brugersiden, vedvarende energinettilsluttede faciliteter og andre felter forventes at indlede hurtig vækst, som vist i figur 1.
Salg og vækst af nye energikøretøjer fra januar til september 2021 Kumulativ installeret kapacitet og vækstrate for kemiske energilagringsprojekter i Kina fra 2014 til 2020
Figur 1 Salg og vækst af nye energibiler; kumulativ installeret kapacitet og vækstrate for kemisk energilagringsprojekter i Kina
Virksomheder fremskynder forsknings- og udviklingsprocessen, og Kina foretrækker generelt oxidsystemer
I de senere år er kapitalmarkedet, batterivirksomheder og større bilvirksomheder alle begyndt at øge forskningslayoutet af solid-state lithium-batterier i håb om at dominere konkurrencen inden for næste generations strømbatteriteknologi.Men ifølge de nuværende fremskridt vil det tage 5-10 år for alle-solid-state lithium-batterier at være modne inden for videnskab og fremstillingsteknologi før masseproduktion.Internationale almindelige bilfirmaer som Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai osv. øger deres F&U-investeringer i solid-state lithium batteriteknologi; hvad angår batteriselskaber, fortsætter CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD osv. også med at udvikle sig .
All-solid-state lithium-batterier kan opdeles i tre kategorier i henhold til elektrolytmaterialer: polymer solid-state lithium batterier, sulfid solid state lithium batterier og oxid solid state lithium batterier.Polymer solid state lithium batteri har god sikkerhedsydelse, sulfid solid state lithium batteri er let at behandle, og oxid solid state lithium batteri har den højeste ledningsevne.På nuværende tidspunkt foretrækker europæiske og amerikanske virksomheder oxid- og polymersystemer; Japanske og koreanske virksomheder ledet af Toyota og Samsung er mere opsatte på sulfidsystemer; Kina har forskere i alle tre systemer og foretrækker generelt oxidsystemer, som vist i figur 2.
Figur 2 Produktionslayoutet af solid-state lithium-batterier fra batterivirksomheder og større bilvirksomheder
Fra et perspektiv af forsknings- og udviklingsfremskridt er Toyota anerkendt som en af de mest magtfulde aktører inden for solid-state lithium-batterier i udlandet. Toyota foreslog første gang relevante udviklinger i 2008, da det samarbejdede med Ilika, et solid-state lithium batteri opstart.I juni 2020 har Toyotas elektriske køretøjer udstyret med hel-solid-state lithium-batterier allerede udført køreprøver på testruten.Det er nu nået til stadiet med indhentning af køretøjskørselsdata.I september 2021 annoncerede Toyota, at de ville investere 13,5 milliarder dollars inden 2030 for at udvikle næste generations batterier og batteriforsyningskæder, herunder solid-state lithium-batterier.På hjemmemarkedet etablerede Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy og Ganfeng Lithium Industry små pilotproduktionslinjer for halvfaste lithiumbatterier i 2019.I september 2021 bestod Jiangsu Qingtao 368Wh/kg solid-state lithium-batteri den nationale stærke inspektionscertificering, som vist i tabel 2.
Tabel 2 Større virksomheders produktionsplaner for faststofbatterier
Procesanalyse af oxidbaserede solid-state lithium-batterier, varmpresningsproces er et nyt link
Den vanskelige forarbejdningsteknologi og høje produktionsomkostninger har altid begrænset den industrielle udvikling af solid-state lithium-batterier. Procesændringerne for solid-state lithium-batterier afspejles hovedsageligt i celleforberedelsesprocessen, og deres elektroder og elektrolytter har højere krav til fremstillingsmiljøet, som vist i tabel 3.
Tabel 3 Procesanalyse af oxidbaserede solid-state lithium-batterier
1. Introduktion af typisk udstyr – laminering varmpresse
Modelfunktionsintroduktion: Lamineringsvarmepressen bruges hovedsageligt i synteseprocessektionen af helt solide lithiumbattericeller. Sammenlignet med det traditionelle lithiumbatteri er varmpresningsprocessen et nyt led, og væskeinjektionsleddet mangler. højere krav.
Automatisk produktkonfiguration:
• Hver station skal bruge 3~4-aksede servomotorer, som bruges til henholdsvis laminering og limning;
• Brug HMI til at vise varmetemperaturen, varmesystemet har brug for et PID-kontrolsystem, som kræver en højere temperaturføler og kræver en større mængde;
• Regulator-PLC'en har højere krav til kontrolnøjagtighed og kortere cyklusperiode. I fremtiden bør denne model udvikles til at opnå ultra-højhastigheds varmpressende laminering.
Udstyrsproducenter omfatter: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd., og Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Introduktion af typisk udstyr – støbemaskine
Modelfunktionsintroduktion: Den blandede pulveropslæmning leveres til støbehovedet gennem den automatiske tilførselssystemanordning og påføres derefter med skraber, rulle, mikrokonkave og andre belægningsmetoder i henhold til proceskravene og tørres derefter i tørretunnelen. Basistapen kan sammen med den grønne krop bruges til tilbagespoling. Efter tørring kan den grønne krop skrælles af og trimmes og derefter skæres til den bredde, der er angivet af brugeren, for at støbe et filmmaterialeemne med en vis styrke og fleksibilitet.
Automatisk produktkonfiguration:
• Servo bruges hovedsageligt til tilbage- og afvikling, korrigering af afvigelse, og spændingsregulator er påkrævet for at justere spændingen ved tilbage- og afviklingsstedet;
• Brug HMI til at vise varmetemperaturen, varmesystemet har brug for PID-kontrolsystem;
• Ventilatorens ventilationsflow skal reguleres af en frekvensomformer.
Udstyrsproducenter omfatter: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Introduktion af typisk udstyr – sandmølle
Modelfunktionsintroduktion: Den er optimeret til brug af bittesmå slibeperler, fra fleksibel dispersion til ultra-højenergislibning til effektivt arbejde.
Automatisk produktkonfiguration:
• Sandmøller har relativt lave krav til bevægelseskontrol, bruger generelt ikke servoer, men bruger almindelige lavspændingsmotorer til slibeproduktionsprocessen;
• Brug frekvensomformeren til at justere spindelhastigheden, som kan styre slibningen af materialer ved forskellige lineære hastigheder for at opfylde de forskellige krav til slibefinhed for forskellige materialer.
Udstyrsproducenter omfatter: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd., og Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Indlægstid: 18. maj 2022