Äskettäin CCTV:n raportti ”tunnin latauksesta ja neljän tunnin jonosta” on herättänyt kiivaita keskusteluja. Uusien energiaajoneuvojen akun kesto ja latausongelmat ovat jälleen nousseet kuumaksi ongelmaksi kaikille. Tällä hetkellä verrattuna perinteisiin nestemäisiä litiumparistoja, solid-state-litiumparistojakorkeampi turvallisuus, suurempi energiatiheys, pidempi akun käyttöikä ja laajemmat käyttöalueetalan sisäpiiriläiset pitävät laajalti litiumakkujen tulevaisuuden kehityssuuntana. Yritykset kilpailevat myös ulkoasusta.
Vaikka solid-state-litiumparistoa ei voida kaupallistaa lyhyellä aikavälillä, suurten yritysten solid-state-litium-akkuteknologian tutkimus- ja kehitysprosessi on kiihtynyt viime aikoina ja markkinoiden kysyntä saattaa edistää kiinteän akun massatuotantoa. valtion litiumakku etuajassa.Tässä artikkelissa analysoidaan solid-state-litiumparistojen markkinoiden kehitystä ja solid-state-litiumparistojen valmistusprosessia ja johdetaan tutkimaan olemassa olevia automaatiomarkkinoiden mahdollisuuksia.
Solid-state-litiumparistoilla on huomattavasti parempi energiatiheys ja lämmönkestävyys kuin nestemäisillä litiumakuilla
Viime vuosina jatkuva innovointi loppupään sovelluskentällä on asettanut yhä korkeampia vaatimuksia litiumakkuteollisuudelle, ja myös litiumakkuteknologiaa on jatkuvasti paranneltu kohti korkeampaa ominaisenergiaa ja turvallisuutta.Litiumparistoteknologian kehityspolun näkökulmasta nestemäisten litiumakkujen saavuttama energiatiheys on vähitellen lähestynyt rajaansa, ja solid-state-litiumparistot ovat ainoa tapa kehittää litiumakkuja.
Energiansäästön ja uusien energiaajoneuvojen teknisen tiekartan mukaan tehoakkujen energiatiheystavoite on 400Wh/kg vuonna 2025 ja 500Wh/kg vuonna 2030.Vuoden 2030 tavoitteen saavuttamiseksi nykyinen nestemäisen litiumakkuteknologian reitti ei välttämättä pysty kantamaan vastuuta. Energiatiheyskattoa 350Wh/kg on vaikea rikkoa, mutta solid-state litiumakkujen energiatiheys voi helposti ylittää 350Wh/kg.
Markkinoiden kysynnän vetämänä maa pitää erittäin tärkeänä myös solid-state-litiumparistojen kehittämistä.Joulukuussa 2019 julkaistussa ”Uuden energia-ajoneuvoteollisuuden kehityssuunnitelmassa (2021-2035)” (kommenttiluonnos) ehdotetaan solid-state-litiumparistojen tutkimus-, kehitys- ja teollistamisen vahvistamista sekä solid-state-litium-akkujen nostamista. kansalliselle tasolle taulukon 1 mukaisesti.
Taulukko 1 Nestemäisten paristojen ja solid-state-akkujen vertaileva analyysi
Uusien energiaajoneuvojen lisäksi energian varastointiteollisuudella on laaja sovellusalue
Kansallisten politiikkojen edistämisen vaikutuksesta uuden energia-ajoneuvoteollisuuden nopea kehitys tarjoaa laajan kehitystilan solid-state-litiumakuille.Lisäksi täysin solid-state-litiumparistot tunnustetaan myös yhdeksi nousevista teknologiasuunnista, jonka odotetaan murtautuvan sähkökemiallisen energian varastointitekniikan pullonkaulasta ja vastaavan tulevaisuuden kehitystarpeisiin.Sähkökemiallisen energian varastoinnin kannalta litiumakut muodostavat tällä hetkellä 80 % sähkökemiallisen energian varastoinnista.Sähkökemiallisen energian varastoinnin kumulatiivinen asennettu kapasiteetti vuonna 2020 on 3269,2 MV, kasvua 91 % vuoteen 2019 verrattuna. Yhdessä maan energiakehitysohjeistuksen, sähkökemiallisen energian varastoinnin kysynnän käyttäjäpuolella, uusiutuvan energian verkkoon liitettävien tilojen ja muiden alojen odotetaan tuovan nopeaa kasvua, kuten kuvasta 1 näkyy.
Uusien energiaajoneuvojen myynti ja kasvu tammi-syyskuussa 2021 Kemiallisen energian varastointiprojektien kumulatiivinen asennettu kapasiteetti ja kasvuvauhti Kiinassa vuosina 2014-2020
Kuva 1 Uusien energiaajoneuvojen myynti ja kasvu; Kiinan kemiallisten energian varastointiprojektien kumulatiivinen asennettu kapasiteetti ja kasvuvauhti
Yritykset nopeuttavat tutkimus- ja kehitysprosessia, ja Kiina suosii yleensä oksidijärjestelmiä
Viime vuosina pääomamarkkinat, akkuyhtiöt ja suuret autoyhtiöt ovat kaikki alkaneet lisätä solid-state-litium-akkujen tutkimusasetelmaa toivoen hallitsevansa kilpailua seuraavan sukupolven tehoakkuteknologiassa.Nykyisen kehityksen mukaan kestää kuitenkin 5-10 vuotta, ennen kuin kiinteän olomuodon litiumparistot ovat kypsiä tieteessä ja valmistustekniikassa ennen massatuotantoa.Kansainväliset valtavirran autoyritykset, kuten Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai jne. lisäävät T&K-investointejaan solid-state-litium-akkuteknologiaan; Akkuyhtiöiden osalta CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD jne. jatkavat myös kehitystä .
Täysin solid-state-litiumparistot voidaan jakaa kolmeen luokkaan elektrolyyttimateriaalien mukaan: polymeeriset solid-state-litium-akut, sulfidi-solid-state-litiumparistot ja oksidi-solid-state-litiumparistot.Polymeerin solid-state-litiumakulla on hyvä turvallisuussuorituskyky, sulfidi-solid-state-litiumakku on helppo käsitellä ja oksidi-solid-state-litiumakku on korkein johtavuus.Tällä hetkellä eurooppalaiset ja amerikkalaiset yritykset suosivat oksidi- ja polymeerijärjestelmiä; Toyotan ja Samsungin johtamat japanilaiset ja korealaiset yritykset ovat kiinnostuneempia sulfidijärjestelmistä; Kiinassa on tutkijoita kaikissa kolmessa järjestelmässä, ja se suosii yleensä oksidijärjestelmiä, kuten kuvasta 2 näkyy.
Kuva 2 Akkuyhtiöiden ja suurten autoyhtiöiden solid-state litiumakkujen tuotantokaavio
Tutkimuksen ja kehityksen edistymisen näkökulmasta Toyota on tunnustettu yhdeksi tehokkaimmista toimijoista puolijohde-litium-akkujen alalla ulkomailla. Toyota ehdotti ensimmäisen kerran asiaankuuluvaa kehitystä vuonna 2008, kun se teki yhteistyötä Ilikan, solid-state-litium-akkujen käynnistysyrityksen kanssa.Kesäkuussa 2020 Toyotan täyssolid-state-litium-akuilla varustetut sähköautot ovat jo suorittaneet ajokokeita testireitillä.Se on nyt saavuttanut ajoneuvon ajotietojen hankkimisvaiheen.Syyskuussa 2021 Toyota ilmoitti investoivansa 13,5 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä kehittääkseen seuraavan sukupolven akkuja ja akkujen toimitusketjuja, mukaan lukien solid-state litiumakut.Kotimaassa Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy ja Ganfeng Lithium Industry perustivat pienimuotoisia pilottituotantolinjoja puolikiinteille litiumakuille vuonna 2019.Syyskuussa 2021 Jiangsu Qingtao 368Wh/kg solid-state litiumakku läpäisi kansallisen vahvan tarkastussertifikaatin, kuten taulukosta 2 näkyy.
Taulukko 2 Suuryritysten solid-state-akkujen tuotantosuunnitelmat
Oksidipohjaisten solid-state-litiumparistojen prosessianalyysi, kuumapuristusprosessi on uusi linkki
Vaikea käsittelytekniikka ja korkeat tuotantokustannukset ovat aina rajoittaneet solid-state-litiumparistojen teollista kehitystä. Solid-state-litiumakkujen prosessimuutokset näkyvät pääasiassa kennojen valmistusprosessissa, ja niiden elektrodeilla ja elektrolyyteillä on korkeammat vaatimukset valmistusympäristölle, kuten taulukosta 3 näkyy.
Taulukko 3 Oksidipohjaisten solid-state-litiumparistojen prosessianalyysi
1. Tyypillisten laitteiden esittely – laminointikuumapuristin
Mallin toiminnon esittely: Laminoinnin kuumapuristinta käytetään pääasiassa täyskiinteiden litiumakkukennojen synteesiprosessissa. Perinteiseen litiumparistoon verrattuna kuumapuristusprosessi on uusi lenkki, ja nesteen ruiskutuslinkki puuttuu. korkeammat vaatimukset.
Automaattinen tuotteen konfigurointi:
• Jokaisella asemalla on käytettävä 3-4-akselisia servomoottoreita, joita käytetään laminointiin ja liimaukseen;
• Käytä käyttöliittymää lämmityslämpötilan näyttämiseen, lämmitysjärjestelmä tarvitsee PID-säätöjärjestelmän, joka vaatii korkeamman lämpötila-anturin ja vaatii suuremman määrän;
• Ohjaus-PLC:llä on korkeammat vaatimukset ohjaustarkkuudelle ja lyhyemmälle jaksojaksolle. Tulevaisuudessa tätä mallia tulisi kehittää erittäin nopean kuumapuristuslaminoinnin saavuttamiseksi.
Laitevalmistajia ovat: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. ja Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Tyypillisten laitteiden – valukoneen esittely
Mallin toiminnon käyttöönotto: Sekoitettu jauheliete syötetään valupäähän automaattisen syöttöjärjestelmän kautta ja levitetään sitten kaapimella, telalla, mikrokoveralla ja muilla pinnoitusmenetelmillä prosessivaatimusten mukaisesti ja kuivataan sitten kuivaustunnelissa. Pohjanauhaa yhdessä vihreän rungon kanssa voidaan käyttää takaisinkelaukseen. Kuivauksen jälkeen vihreä runko voidaan kuoria irti ja leikata ja leikata sitten käyttäjän määrittelemään leveyteen kalvomateriaaliaihion valamiseksi tietyllä lujuudella ja joustavuudella.
Automaattinen tuotteen konfigurointi:
• Servoa käytetään pääasiassa takaisin- ja aukikelaukseen, poikkeamien korjaamiseen, ja kireyden säädintä tarvitaan säätämään kireyttä kelaus- ja aukikelauspaikassa;
• Käytä käyttöliittymää lämmityslämpötilan näyttämiseen, lämmitysjärjestelmä tarvitsee PID-säätöjärjestelmän;
• Tuulettimen ilmanvaihtovirtaa on säädettävä taajuusmuuttajalla.
Laitevalmistajia ovat: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Tyypillisten laitteiden esittely – hiekkamylly
Mallin toimintojen esittely: Se on optimoitu pienten hiomahelmien käyttöön joustavasta dispersiosta erittäin energiatehokkaaseen hiontaan tehokkaaseen työhön.
Automaattinen tuotteen konfigurointi:
• Hiekkamyllyillä on suhteellisen alhaiset vaatimukset liikkeenohjaukselle, ei yleensä käytetä servoja, vaan käytetään tavallisia pienjännitemoottoreita hiontatuotantoprosessissa;
• Käytä taajuusmuuttajaa karan nopeuden säätämiseen, mikä voi ohjata materiaalien hiontaa eri lineaarisilla nopeuksilla, jotta se täyttää eri materiaalien erilaiset jauhatushienovaatimukset.
Laitevalmistajia ovat: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. ja Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Postitusaika: 18.5.2022