Kürzlich löste der Bericht von CCTV über „eine Stunde lang Geld verlangen und vier Stunden Schlange stehen“ heftige Diskussionen aus. Die Probleme mit der Batterielebensdauer und dem Laden von Fahrzeugen mit neuer Energie sind wieder einmal zu einem heißen Thema für alle geworden. Derzeit im Vergleich zu herkömmlichen flüssigen Lithiumbatterien Festkörper-Lithiumbatterienmit höherer Sicherheit, größerer Energiedichte, längerer Batterielebensdauer und breiteren AnwendungsbereichenBrancheninsider gelten weithin als die zukünftige Entwicklungsrichtung von Lithiumbatterien. Unternehmen konkurrieren auch um das Layout.
Obwohl die Festkörper-Lithiumbatterie kurzfristig nicht kommerzialisiert werden kann, wird der Forschungs- und Entwicklungsprozess der Festkörper-Lithiumbatterietechnologie durch große Unternehmen in letzter Zeit immer schneller, und die Marktnachfrage könnte die Massenproduktion von Festkörper-Lithiumbatterien fördern. Geben Sie die Lithiumbatterie vorzeitig an.In diesem Artikel werden die Entwicklung des Marktes für Festkörper-Lithiumbatterien und der Prozess der Herstellung von Festkörper-Lithiumbatterien analysiert und Sie werden die vorhandenen Chancen auf dem Automatisierungsmarkt erkunden.
Festkörper-Lithiumbatterien weisen eine deutlich bessere Energiedichte und thermische Stabilität auf als flüssige Lithiumbatterien
In den letzten Jahren haben die kontinuierlichen Innovationen im nachgelagerten Anwendungsbereich immer höhere Anforderungen an die Lithiumbatterieindustrie gestellt, und auch die Lithiumbatterietechnologie wurde kontinuierlich verbessert, hin zu höherer spezifischer Energie und Sicherheit.Aus Sicht des Entwicklungspfads der Lithiumbatterietechnologie nähert sich die Energiedichte, die flüssige Lithiumbatterien erreichen können, allmählich ihrer Grenze, und Festkörper-Lithiumbatterien werden die einzige Möglichkeit für die Entwicklung von Lithiumbatterien sein.
Gemäß der „Technischen Roadmap für energiesparende und neue Energiefahrzeuge“ liegt das Ziel der Energiedichte von Leistungsbatterien bei 400 Wh/kg im Jahr 2025 und 500 Wh/kg im Jahr 2030.Um das Ziel von 2030 zu erreichen, kann die bestehende Technologieroute für Flüssiglithiumbatterien möglicherweise nicht in der Lage sein, die Verantwortung zu übernehmen. Es ist schwierig, die Energiedichteobergrenze von 350 Wh/kg zu durchbrechen, aber die Energiedichte von Festkörper-Lithiumbatterien kann leicht 350 Wh/kg überschreiten.
Getrieben von der Marktnachfrage legt das Land auch großen Wert auf die Entwicklung von Festkörper-Lithiumbatterien.Im im Dezember 2019 veröffentlichten „New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)“ (Entwurf zur Kommentierung) wird vorgeschlagen, die Forschung und Entwicklung sowie die Industrialisierung von Festkörper-Lithiumbatterien zu stärken und Festkörper-Lithiumbatterien zu fördern auf die nationale Ebene, wie in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 Vergleichsanalyse von Flüssigbatterien und Festkörperbatterien
Die Energiespeicherindustrie verfügt nicht nur für Fahrzeuge mit neuer Energie über einen breiten Anwendungsbereich
Beeinflusst durch die Förderung nationaler Richtlinien wird die rasante Entwicklung der neuen Energiefahrzeugindustrie einen breiten Entwicklungsraum für Festkörper-Lithiumbatterien bieten.Darüber hinaus gelten Festkörper-Lithiumbatterien auch als eine der aufstrebenden Technologierichtungen, von denen erwartet wird, dass sie den Engpass der elektrochemischen Energiespeichertechnologie überwinden und zukünftige Entwicklungsanforderungen erfüllen.Im Hinblick auf die elektrochemische Energiespeicherung machen Lithiumbatterien derzeit 80 % der elektrochemischen Energiespeicherung aus.Die kumulierte installierte Kapazität der elektrochemischen Energiespeicherung beträgt im Jahr 2020 3269,2 MV, was einem Anstieg von 91 % gegenüber 2019 entspricht. In Kombination mit den Richtlinien des Landes für die Energieentwicklung steigt die Nachfrage nach elektrochemischer Energiespeicherung in den nutzerseitigen, netzgebundenen Anlagen für erneuerbare Energien und In anderen Bereichen wird ein schnelles Wachstum erwartet, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Absatz und Wachstum neuer Energiefahrzeuge von Januar bis September 2021. Kumulierte installierte Kapazität und Wachstumsrate chemischer Energiespeicherprojekte in China von 2014 bis 2020
Abbildung 1 Absatz und Wachstum von Fahrzeugen mit neuer Energie; kumulierte installierte Kapazität und Wachstumsrate chemischer Energiespeicherprojekte in China
Unternehmen beschleunigen den Forschungs- und Entwicklungsprozess und China bevorzugt im Allgemeinen Oxidsysteme
In den letzten Jahren haben der Kapitalmarkt, Batterieunternehmen und große Automobilhersteller damit begonnen, das Forschungslayout für Festkörper-Lithiumbatterien zu erweitern, in der Hoffnung, den Wettbewerb in der Energiebatterietechnologie der nächsten Generation zu dominieren.Nach dem aktuellen Stand wird es jedoch 5 bis 10 Jahre dauern, bis Festkörper-Lithiumbatterien wissenschaftlich und fertigungstechnisch ausgereift sind und in die Massenproduktion gelangen.Internationale Mainstream-Automobilunternehmen wie Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai usw. erhöhen ihre Forschungs- und Entwicklungsinvestitionen in die Festkörper-Lithiumbatterietechnologie; Bei den Batterieunternehmen entwickeln sich auch CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD usw. weiter.
Festkörper-Lithiumbatterien können je nach Elektrolytmaterial in drei Kategorien eingeteilt werden: Polymer-Festkörper-Lithiumbatterien, Sulfid-Festkörper-Lithiumbatterien und Oxid-Festkörper-Lithiumbatterien.Die Polymer-Festkörper-Lithiumbatterie weist eine gute Sicherheitsleistung auf, die Sulfid-Festkörper-Lithiumbatterie ist einfach zu verarbeiten und die Oxid-Festkörper-Lithiumbatterie weist die höchste Leitfähigkeit auf.Derzeit bevorzugen europäische und amerikanische Unternehmen Oxid- und Polymersysteme; Japanische und koreanische Unternehmen, angeführt von Toyota und Samsung, sind stärker an Sulfidsystemen interessiert; In China gibt es Forscher in allen drei Systemen und bevorzugen im Allgemeinen Oxidsysteme, wie in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2 Das Produktionslayout von Festkörper-Lithiumbatterien von Batterieunternehmen und großen Automobilherstellern
Aus Sicht des Forschungs- und Entwicklungsfortschritts gilt Toyota im Ausland als einer der stärksten Akteure auf dem Gebiet der Festkörper-Lithiumbatterien. Toyota schlug erstmals 2008 relevante Entwicklungen vor, als es mit Ilika, einem Start-up-Unternehmen für Festkörper-Lithiumbatterien, zusammenarbeitete.Im Juni 2020 haben die mit Festkörper-Lithiumbatterien ausgestatteten Elektrofahrzeuge von Toyota bereits Fahrversuche auf der Teststrecke durchgeführt.Es ist nun soweit, Fahrzeugfahrdaten zu erhalten.Im September 2021 kündigte Toyota an, bis 2030 13,5 Milliarden US-Dollar in die Entwicklung von Batterien und Batterielieferketten der nächsten Generation, einschließlich Festkörper-Lithiumbatterien, zu investieren.Im Inland haben Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy und Ganfeng Lithium Industry im Jahr 2019 kleine Pilotproduktionslinien für halbfeste Lithiumbatterien eingerichtet.Im September 2021 hat die 368-Wh/kg-Festkörper-Lithiumbatterie von Jiangsu Qingtao die nationale strenge Inspektionszertifizierung bestanden, wie in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2 Produktionspläne für Festkörperbatterien großer Unternehmen
Die Prozessanalyse von Festkörper-Lithiumbatterien auf Oxidbasis und der Heißpressprozess sind eine neue Verbindung
Die schwierige Verarbeitungstechnologie und die hohen Produktionskosten haben die industrielle Entwicklung von Festkörper-Lithiumbatterien schon immer eingeschränkt. Die Prozessänderungen von Festkörper-Lithiumbatterien spiegeln sich hauptsächlich im Zellvorbereitungsprozess wider, und ihre Elektroden und Elektrolyte stellen höhere Anforderungen an die Herstellungsumgebung, wie in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3 Prozessanalyse von oxidbasierten Festkörper-Lithiumbatterien
1. Einführung typischer Geräte – Laminier-Heißpresse
Einführung in die Modellfunktion: Die Laminier-Heißpresse wird hauptsächlich im Syntheseprozessabschnitt von Vollfest-Lithiumbatteriezellen eingesetzt. Im Vergleich zur herkömmlichen Lithiumbatterie ist das Heißpressverfahren ein neues Glied und das Glied zur Flüssigkeitseinspritzung fehlt. höhere Anforderungen.
Automatische Produktkonfiguration:
• Jede Station muss 3- bis 4-Achsen-Servomotoren verwenden, die jeweils zum Laminieren und Kleben verwendet werden.
• Verwenden Sie HMI, um die Heiztemperatur anzuzeigen. Das Heizsystem benötigt ein PID-Steuerungssystem, das einen höheren Temperatursensor und eine größere Menge erfordert.
• Die Steuerungs-SPS stellt höhere Anforderungen an die Regelgenauigkeit und kürzere Zykluszeiten. Zukünftig soll dieses Modell weiterentwickelt werden, um eine Ultrahochgeschwindigkeits-Heißpresslaminierung zu erreichen.
Zu den Geräteherstellern gehören: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. und Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Einführung der typischen Ausrüstung – Gießmaschine
Einführung in die Modellfunktion: Die gemischte Pulveraufschlämmung wird dem Gießkopf über das automatische Zuführsystem zugeführt und dann je nach Prozessanforderungen mit Schaber, Walze, Mikrokonkavität und anderen Beschichtungsmethoden aufgetragen und anschließend im Trockentunnel getrocknet. Das Basisband kann zusammen mit dem Grünkörper zum Zurückspulen verwendet werden. Nach dem Trocknen kann der Grünkörper abgezogen und zugeschnitten und dann auf die vom Benutzer angegebene Breite zugeschnitten werden, um einen Folienmaterialrohling mit bestimmter Festigkeit und Flexibilität zu gießen.
Automatische Produktkonfiguration:
• Der Servomotor wird hauptsächlich zum Auf- und Abwickeln sowie zum Korrigieren von Abweichungen verwendet, und ein Spannungsregler ist erforderlich, um die Spannung an der Auf- und Abwickelstelle einzustellen.
• Verwenden Sie HMI, um die Heiztemperatur anzuzeigen. Das Heizsystem benötigt ein PID-Steuerungssystem.
• Der Lüftervolumenstrom muss durch einen Frequenzumrichter geregelt werden.
Zu den Geräteherstellern gehören: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Einführung typischer Geräte – Sandmühle
Einführung in die Modellfunktion: Es ist für die Verwendung winziger Mahlperlen optimiert, von der flexiblen Dispersion bis zum Mahlen mit ultrahoher Energie für effizientes Arbeiten.
Automatische Produktkonfiguration:
• Sandmühlen stellen relativ geringe Anforderungen an die Bewegungssteuerung und verwenden im Allgemeinen keine Servos, sondern normale Niederspannungsmotoren für den Schleifproduktionsprozess.
• Verwenden Sie den Frequenzumrichter zum Anpassen der Spindeldrehzahl, wodurch das Mahlen von Materialien mit unterschiedlichen linearen Geschwindigkeiten gesteuert werden kann, um den unterschiedlichen Anforderungen an die Mahlfeinheit verschiedener Materialien gerecht zu werden.
Zu den Geräteherstellern gehören: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. und Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. Mai 2022