باتری حالت جامد بی سر و صدا در حال ظهور

اخیراً گزارش دوربین مداربسته مبنی بر "یک ساعت شارژ و چهار ساعت در نوبت" بحث های داغی را برانگیخته است. عمر باتری و مشکلات شارژ وسایل نقلیه جدید انرژی بار دیگر به یک موضوع داغ برای همه تبدیل شده است. در حال حاضر، در مقایسه با باتری های لیتیوم مایع سنتی، باتری های لیتیوم حالت جامدبا ایمنی بالاتر، چگالی انرژی بیشتر، عمر باتری بیشتر و زمینه های کاربردی گسترده تر هستندبه طور گسترده توسط خودی های صنعت به عنوان مسیر توسعه آینده باتری های لیتیومی در نظر گرفته می شود. شرکت ها نیز برای چیدمان با یکدیگر رقابت می کنند.

اگرچه باتری لیتیومی حالت جامد را نمی توان در کوتاه مدت تجاری کرد، فرآیند تحقیق و توسعه فناوری باتری لیتیومی حالت جامد توسط شرکت های بزرگ اخیراً سریعتر و سریعتر شده است و تقاضای بازار ممکن است تولید انبوه مواد جامد را افزایش دهد. باتری لیتیومی را زودتر از موعد مقرر آماده کنید.این مقاله توسعه بازار باتری‌های لیتیومی حالت جامد و فرآیند تهیه باتری‌های لیتیومی حالت جامد را تحلیل می‌کند و شما را به بررسی فرصت‌های بازار اتوماسیون موجود می‌برد.

باتری‌های لیتیومی حالت جامد نسبت به باتری‌های لیتیوم مایع، چگالی انرژی و پایداری حرارتی بهتری دارند.

در سال‌های اخیر، نوآوری مستمر در زمینه کاربرد پایین‌دستی، الزامات بالاتر و بالاتری را برای صنعت باتری‌های لیتیومی مطرح کرده است و فناوری باتری‌های لیتیومی نیز به طور مداوم بهبود یافته است و به سمت انرژی و ایمنی بالاتر حرکت می‌کند.از منظر مسیر توسعه فناوری باتری های لیتیومی، چگالی انرژی که باتری های لیتیوم مایع می توانند به دست آورند به تدریج به حد خود نزدیک شده است و باتری های لیتیومی حالت جامد تنها راه توسعه باتری های لیتیومی خواهند بود.

بر اساس "نقشه راه فنی برای صرفه جویی در انرژی و وسایل نقلیه انرژی جدید"، هدف چگالی انرژی باتری های برق 400 وات ساعت بر کیلوگرم در سال 2025 و 500 وات ساعت بر کیلوگرم در سال 2030 است.برای دستیابی به هدف 2030، مسیر فناوری باتری لیتیوم مایع موجود ممکن است نتواند این مسئولیت را به عهده بگیرد. شکستن سقف چگالی انرژی 350Wh/kg دشوار است، اما چگالی انرژی باتری های لیتیومی حالت جامد می تواند به راحتی از 350Wh/kg تجاوز کند.

این کشور با توجه به تقاضای بازار، اهمیت زیادی به توسعه باتری های لیتیومی حالت جامد می دهد.در "طرح توسعه صنعت خودروهای انرژی جدید (2021-2035)" (پیش نویس برای اظهار نظر) که در دسامبر 2019 منتشر شد، تقویت تحقیق و توسعه و صنعتی سازی باتری های لیتیومی حالت جامد و افزایش باتری های لیتیومی حالت جامد پیشنهاد شده است. در سطح ملی، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1 تجزیه و تحلیل مقایسه ای باتری های مایع و باتری های حالت جامد

نه تنها برای وسایل نقلیه انرژی جدید، صنعت ذخیره انرژی فضای کاربردی گسترده ای دارد

توسعه سریع صنعت خودروهای انرژی جدید، تحت تأثیر ارتقای سیاست‌های ملی، فضای توسعه گسترده‌ای را برای باتری‌های لیتیومی حالت جامد فراهم می‌کند.علاوه بر این، باتری های لیتیومی تمام حالت جامد نیز به عنوان یکی از جهت گیری های فناوری نوظهور شناخته می شوند که انتظار می رود از گلوگاه فناوری ذخیره سازی انرژی الکتروشیمیایی عبور کرده و نیازهای توسعه آینده را برآورده کنند.از نظر ذخیره انرژی الکتروشیمیایی، باتری های لیتیومی در حال حاضر 80 درصد ذخیره انرژی الکتروشیمیایی را تشکیل می دهند.ظرفیت تجمعی ذخیره‌سازی انرژی الکتروشیمیایی در سال 2020 برابر با 3269.2 مگا ولت است که نسبت به سال 2019 افزایش 91 درصدی را نشان می‌دهد. همراه با دستورالعمل‌های کشور برای توسعه انرژی، تقاضا برای ذخیره انرژی الکتروشیمیایی در سمت کاربر، تأسیسات متصل به شبکه انرژی‌های تجدیدپذیر و همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، انتظار می رود سایر زمینه ها باعث رشد سریع شوند.

فروش و رشد خودروهای انرژی جدید از ژانویه تا سپتامبر 2021 ظرفیت نصب شده تجمعی و نرخ رشد پروژه های ذخیره انرژی شیمیایی در چین از سال 2014 تا 2020

شکل 1 فروش و رشد خودروهای انرژی نو. ظرفیت نصب شده تجمعی و نرخ رشد پروژه های ذخیره انرژی شیمیایی در چین

شرکت‌ها فرآیند تحقیق و توسعه را سرعت می‌بخشند و چین عموماً سیستم‌های اکسیدی را ترجیح می‌دهد

در سال‌های اخیر، بازار سرمایه، شرکت‌های باتری‌سازی و شرکت‌های بزرگ خودرو، همگی شروع به افزایش طرح تحقیقاتی باتری‌های لیتیومی حالت جامد کرده‌اند، به این امید که بر رقابت در فناوری باتری‌های برق نسل بعدی تسلط پیدا کنند.با این حال، با توجه به پیشرفت فعلی، 5 تا 10 سال طول می کشد تا باتری های لیتیومی تمام حالت جامد در علم و فناوری ساخت قبل از تولید انبوه به بلوغ رسیده باشند.شرکت های خودروسازی اصلی بین المللی مانند تویوتا، فولکس واگن، بی ام و، هوندا، نیسان، هیوندای و غیره سرمایه گذاری تحقیق و توسعه خود را در فناوری باتری لیتیومی حالت جامد افزایش می دهند. از نظر شرکت های باتری، CATL، LG Chem، Panasonic، Samsung SDI، BYD و غیره نیز به توسعه خود ادامه می دهند.

باتری‌های لیتیومی تمام جامد را می‌توان بر اساس مواد الکترولیت به سه دسته تقسیم کرد: باتری‌های لیتیومی حالت جامد پلیمری، باتری‌های لیتیومی حالت جامد سولفیدی و باتری‌های لیتیومی حالت جامد اکسیدی.باتری لیتیوم حالت جامد پلیمری دارای عملکرد ایمنی خوبی است، باتری لیتیوم حالت جامد سولفید به راحتی پردازش می شود و باتری لیتیوم حالت جامد اکسید بالاترین رسانایی را دارد.در حال حاضر، شرکت های اروپایی و آمریکایی سیستم های اکسیدی و پلیمری را ترجیح می دهند. شرکت های ژاپنی و کره ای به رهبری تویوتا و سامسونگ بیشتر به سیستم های سولفیدی علاقه دارند. چین در هر سه سیستم محقق دارد و به طور کلی سیستم های اکسیدی را ترجیح می دهد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2 طرح تولید باتری های لیتیومی حالت جامد شرکت های باتری و شرکت های بزرگ خودروسازی

از منظر پیشرفت تحقیق و توسعه، تویوتا به عنوان یکی از قدرتمندترین بازیگران در زمینه باتری های لیتیومی حالت جامد در کشورهای خارجی شناخته می شود. تویوتا برای اولین بار در سال 2008 زمانی که با ایلیکا، یک باتری لیتیومی حالت جامد، همکاری کرد، پیشرفت های مربوطه را پیشنهاد داد.در ژوئن 2020، خودروهای برقی تویوتا مجهز به باتری‌های لیتیومی تمام حالت جامد قبلاً تست‌های رانندگی را در مسیر آزمایشی انجام داده‌اند.اکنون به مرحله دستیابی به اطلاعات رانندگی خودرو رسیده است.در سپتامبر 2021، تویوتا اعلام کرد که تا سال 2030، 13.5 میلیارد دلار برای توسعه باتری‌های نسل بعدی و زنجیره تامین باتری، از جمله باتری‌های لیتیومی حالت جامد، سرمایه‌گذاری خواهد کرد.در داخل کشور، Guoxuan Hi-Tech، Qingtao New Energy و Ganfeng Lithium Industry خطوط تولید آزمایشی در مقیاس کوچک برای باتری‌های لیتیومی نیمه جامد در سال 2019 ایجاد کردند.در سپتامبر 2021، باتری لیتیومی 368Wh/kg جیانگ سو چینگتائو گواهینامه بازرسی قوی ملی را دریافت کرد، همانطور که در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2 برنامه های تولید باتری حالت جامد شرکت های بزرگ

تجزیه و تحلیل فرآیند باتری های لیتیوم حالت جامد مبتنی بر اکسید، فرآیند پرس گرم یک پیوند جدید است

تکنولوژی پردازش دشوار و هزینه تولید بالا همیشه توسعه صنعتی باتری های لیتیومی حالت جامد را محدود کرده است. تغییرات فرآیند باتری‌های لیتیومی حالت جامد عمدتاً در فرآیند آماده‌سازی سلول منعکس می‌شود و الکترودها و الکترولیت‌های آن‌ها نیازهای بالاتری برای محیط تولید دارند، همانطور که در جدول 3 نشان داده شده است.

جدول 3 تجزیه و تحلیل فرآیند باتری های لیتیوم حالت جامد مبتنی بر اکسید

1. معرفی تجهیزات معمولی – پرس داغ لمینیت

معرفی عملکرد مدل: پرس داغ لمینیت عمدتاً در بخش فرآیند سنتز سلول‌های باتری لیتیومی تمام جامد استفاده می‌شود. در مقایسه با باتری لیتیومی سنتی، فرآیند پرس گرم یک پیوند جدید است و پیوند تزریق مایع وجود ندارد. الزامات بالاتر

پیکربندی خودکار محصول:

• هر ایستگاه نیاز به استفاده از موتورهای سروو 3 تا 4 محور دارد که به ترتیب برای لمینیت لمینیت و چسب استفاده می شود.

• از HMI برای نمایش دمای گرمایش استفاده کنید، سیستم گرمایش به یک سیستم کنترل PID نیاز دارد که به سنسور دمای بالاتر و مقدار بیشتری نیاز دارد.

• PLC کنترلر دارای الزامات بالاتری در دقت کنترل و دوره چرخه کوتاهتر است. در آینده، این مدل باید برای دستیابی به لمینیت پرس داغ با سرعت فوق العاده بالا توسعه یابد.

سازندگان تجهیزات عبارتند از: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd., Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology, Ltd.

2. معرفی تجهیزات معمولی - ماشین ریخته گری

معرفی عملکرد مدل: دوغاب پودر مخلوط از طریق دستگاه سیستم تغذیه اتوماتیک به سر ریخته گری عرضه می شود و سپس با استفاده از اسکراپر، غلتک، میکرو مقعر و سایر روش های پوشش با توجه به نیاز فرآیند اعمال می شود و سپس در تونل خشک کن خشک می شود. نوار پایه همراه با بدنه سبز رنگ می تواند برای پیچیدن به عقب استفاده شود. پس از خشک شدن، می توان بدنه سبز رنگ را جدا کرده و برش داد و سپس به عرض مشخص شده توسط کاربر برش داد تا یک ماده فیلم با استحکام و انعطاف پذیری خاصی ریخته شود.

پیکربندی خودکار محصول:

• سروو عمدتاً برای چرخاندن و باز کردن، اصلاح انحراف استفاده می شود و برای تنظیم کشش در محل پیچ و تاب کردن، به کنترل کننده کشش نیاز است.

• از HMI برای نمایش دمای گرمایش استفاده کنید، سیستم گرمایش به سیستم کنترل PID نیاز دارد.

• جریان تهویه فن باید توسط مبدل فرکانس تنظیم شود.

سازندگان تجهیزات عبارتند از: شرکت فناوری ژجیانگ دلونگ، شرکت فناوری ریخته‌گری ووهان کونیوان، شرکت فناوری پیشرفته گوانگدونگ فنگ‌هوا، با مسئولیت محدود - شعبه تجهیزات Xinbaohua.

3. معرفی تجهیزات معمولی - آسیاب شن و ماسه

معرفی عملکرد مدل: برای استفاده از دانه های سنگ زنی کوچک، از پراکندگی انعطاف پذیر تا سنگ زنی با انرژی فوق العاده بالا برای کار کارآمد، بهینه شده است.

پیکربندی خودکار محصول:

آسیاب های شن و ماسه نیازهای نسبتاً کمی برای کنترل حرکت دارند، معمولاً از سروو استفاده نمی کنند، اما از موتورهای معمولی ولتاژ پایین برای فرآیند تولید سنباده استفاده می کنند.

• از مبدل فرکانس برای تنظیم سرعت اسپیندل استفاده کنید، که می تواند سنگ زنی مواد را در سرعت های خطی مختلف کنترل کند تا نیازهای مختلف ظرافت سنگ زنی مواد مختلف را برآورده کند.

سازندگان تجهیزات عبارتند از: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology, Ltd., و Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.