Récemment, le reportage de CCTV selon lequel « on charge pendant une heure et on fait la queue pendant quatre heures » a suscité de vives discussions. Les problèmes d’autonomie et de recharge des batteries des véhicules à énergies nouvelles sont redevenus un sujet brûlant pour tout le monde. À l'heure actuelle, par rapport aux batteries au lithium liquide traditionnelles, les batteries au lithium à l'état solideavec une sécurité plus élevée, une plus grande densité d'énergie, une durée de vie de la batterie plus longue et des champs d'application plus larges sontlargement considéré par les initiés de l’industrie comme l’orientation future du développement des batteries au lithium. Les entreprises sont également en compétition pour l'aménagement.
Bien que la batterie au lithium à l'état solide ne puisse pas être commercialisée à court terme, le processus de recherche et de développement de la technologie des batteries au lithium à l'état solide par les grandes entreprises est devenu de plus en plus rapide récemment, et la demande du marché pourrait favoriser la production de masse de batteries au lithium à l'état solide. état de la batterie au lithium plus tôt que prévu.Cet article analysera le développement du marché des batteries au lithium à l'état solide et le processus de préparation des batteries au lithium à l'état solide, et vous amènera à explorer les opportunités du marché de l'automatisation qui existent.
Les batteries au lithium solide ont une densité énergétique et une stabilité thermique nettement supérieures à celles des batteries au lithium liquide.
Ces dernières années, l'innovation continue dans le domaine des applications en aval a mis en avant des exigences de plus en plus élevées pour l'industrie des batteries au lithium, et la technologie des batteries au lithium a également été continuellement améliorée, évoluant vers une énergie spécifique et une sécurité plus élevées.Du point de vue du développement de la technologie des batteries au lithium, la densité énergétique que les batteries au lithium liquide peuvent atteindre a progressivement atteint sa limite, et les batteries au lithium à l'état solide seront le seul moyen de développer des batteries au lithium.
Selon la « Feuille de route technique pour les véhicules à économies d’énergie et à énergies nouvelles », l’objectif de densité énergétique des batteries de puissance est de 400 Wh/kg en 2025 et de 500 Wh/kg en 2030.Afin d'atteindre l'objectif de 2030, la technologie existante des batteries au lithium liquide pourrait ne pas être en mesure d'assumer cette responsabilité. Il est difficile de dépasser le plafond de densité énergétique de 350Wh/kg, mais la densité énergétique des batteries au lithium solide peut facilement dépasser 350Wh/kg.
Poussé par la demande du marché, le pays attache également une grande importance au développement des batteries au lithium à l'état solide.Dans le « Plan de développement de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle (2021-2035) » (projet pour commentaires) publié en décembre 2019, il est proposé de renforcer la recherche, le développement et l'industrialisation des batteries au lithium à l'état solide, et de développer les batteries au lithium à l'état solide. au niveau national, comme le montre le tableau 1.
Tableau 1 Analyse comparative des batteries liquides et des batteries à semi-conducteurs
Non seulement pour les véhicules à énergie nouvelle, l'industrie du stockage d'énergie dispose d'un large espace d'application
Influencé par la promotion des politiques nationales, le développement rapide de l'industrie des véhicules à énergie nouvelle offrira un vaste espace de développement pour les batteries au lithium à l'état solide.En outre, les batteries au lithium entièrement solides sont également reconnues comme l'une des orientations technologiques émergentes qui devraient briser le goulot d'étranglement de la technologie de stockage électrochimique de l'énergie et répondre aux besoins de développement futurs.En termes de stockage d'énergie électrochimique, les batteries au lithium représentent actuellement 80 % du stockage d'énergie électrochimique.La capacité installée cumulée de stockage d'énergie électrochimique en 2020 est de 3 269,2 MV, soit une augmentation de 91 % par rapport à 2019. Combinée aux lignes directrices du pays en matière de développement énergétique, la demande de stockage d'énergie électrochimique du côté de l'utilisateur, des installations connectées au réseau d'énergie renouvelable et d’autres domaines devraient connaître une croissance rapide, comme le montre la figure 1.
Ventes et croissance des véhicules à énergies nouvelles de janvier à septembre 2021 Capacité installée cumulée et taux de croissance des projets de stockage d'énergie chimique en Chine de 2014 à 2020
Figure 1 Ventes et croissance des véhicules à énergies nouvelles ; capacité installée cumulée et taux de croissance des projets de stockage d’énergie chimique en Chine
Les entreprises accélèrent le processus de recherche et développement et la Chine préfère généralement les systèmes à oxyde
Ces dernières années, le marché des capitaux, les fabricants de batteries et les grands constructeurs automobiles ont tous commencé à intensifier leurs recherches sur les batteries au lithium à l'état solide, dans l'espoir de dominer la concurrence dans la technologie des batteries de puissance de nouvelle génération.Cependant, selon les progrès actuels, il faudra 5 à 10 ans pour que les batteries au lithium entièrement solides atteignent leur maturité scientifique et technologique avant d'être produites en série.Les grands constructeurs automobiles internationaux tels que Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai, etc. augmentent leurs investissements en R&D dans la technologie des batteries au lithium à semi-conducteurs ; en termes d'entreprises de batteries, CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD, etc. continuent également à se développer .
Les batteries au lithium entièrement solides peuvent être divisées en trois catégories selon les matériaux électrolytiques : les batteries au lithium polymère à l'état solide, les batteries au lithium à l'état solide au sulfure et les batteries au lithium à l'état solide à l'oxyde.La batterie au lithium polymère à l'état solide a de bonnes performances de sécurité, la batterie au lithium à l'état solide au sulfure est facile à traiter et la batterie au lithium à l'état solide à l'oxyde a la conductivité la plus élevée.À l'heure actuelle, les entreprises européennes et américaines préfèrent les systèmes à base d'oxydes et de polymères ; Les entreprises japonaises et coréennes dirigées par Toyota et Samsung sont plus intéressées par les systèmes au sulfure ; La Chine compte des chercheurs dans les trois systèmes et préfère généralement les systèmes à oxydes, comme le montre la figure 2.
Figure 2 Schéma de production des batteries au lithium à l'état solide des fabricants de batteries et des grands constructeurs automobiles
Du point de vue des progrès de la recherche et du développement, Toyota est reconnu comme l'un des acteurs les plus puissants dans le domaine des batteries au lithium à l'état solide à l'étranger. Toyota a proposé pour la première fois des développements pertinents en 2008, lorsqu'elle a coopéré avec Ilika, une start-up spécialisée dans les batteries au lithium à semi-conducteurs.En juin 2020, les véhicules électriques de Toyota équipés de batteries au lithium entièrement solides ont déjà effectué des tests de conduite sur la route d'essai.On en est désormais au stade de l’obtention des données de conduite des véhicules.En septembre 2021, Toyota a annoncé qu'elle investirait 13,5 milliards de dollars d'ici 2030 pour développer des batteries et des chaînes d'approvisionnement de batteries de nouvelle génération, y compris des batteries au lithium à l'état solide.Au niveau national, Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy et Ganfeng Lithium Industry ont établi des lignes de production pilotes à petite échelle pour les batteries au lithium semi-solides en 2019.En septembre 2021, la batterie au lithium à semi-conducteurs Jiangsu Qingtao 368Wh/kg a passé la certification nationale d'inspection rigoureuse, comme le montre le tableau 2.
Tableau 2 Plans de production de batteries à semi-conducteurs des grandes entreprises
Analyse du processus des batteries au lithium solide à base d'oxyde, le processus de pressage à chaud est un nouveau lien
La technologie de traitement complexe et les coûts de production élevés ont toujours limité le développement industriel des batteries au lithium à l'état solide. Les changements de processus des batteries au lithium à l'état solide se reflètent principalement dans le processus de préparation des cellules, et leurs électrodes et électrolytes ont des exigences plus élevées pour l'environnement de fabrication, comme le montre le tableau 3.
Tableau 3 Analyse du processus des batteries au lithium solide à base d'oxyde
1. Introduction de l'équipement typique – presse à chaud pour laminage
Introduction à la fonction du modèle : La presse à chaud de stratification est principalement utilisée dans la section du processus de synthèse des cellules de batterie au lithium entièrement solides. Par rapport à la batterie au lithium traditionnelle, le processus de pressage à chaud est un nouveau lien et le lien d'injection de liquide est manquant. des exigences plus élevées.
Configuration automatique du produit :
• Chaque station doit utiliser des servomoteurs à 3 ou 4 axes, qui sont utilisés respectivement pour le laminage et le collage ;
• Utilisez l'IHM pour afficher la température de chauffage, le système de chauffage a besoin d'un système de contrôle PID, qui nécessite un capteur de température plus élevé et nécessite une plus grande quantité ;
• Le contrôleur PLC a des exigences plus élevées en matière de précision de contrôle et de période de cycle plus courte. À l’avenir, ce modèle devrait être développé pour réaliser un laminage à chaud à ultra-haute vitesse.
Les fabricants d'équipements comprennent : Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. et Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Introduction de l'équipement typique – machine de coulée
Introduction de la fonction du modèle : La boue de poudre mélangée est fournie à la tête de coulée via le dispositif du système d'alimentation automatique, puis appliquée par grattoir, rouleau, micro-concave et autres méthodes de revêtement selon les exigences du processus, puis séchée dans le tunnel de séchage. La bande de base ainsi que le corps vert peuvent être utilisés pour le rembobinage. Après séchage, le corps vert peut être décollé et découpé, puis coupé à la largeur spécifiée par l'utilisateur pour couler une ébauche de film présentant une certaine résistance et flexibilité.
Configuration automatique du produit :
• Le servo est principalement utilisé pour le rembobinage et le déroulement, la rectification de l'écart, et un contrôleur de tension est nécessaire pour ajuster la tension au lieu de rembobinage et de déroulement ;
• Utilisez l'IHM pour afficher la température de chauffage, le système de chauffage nécessite un système de contrôle PID ;
• Le débit de ventilation du ventilateur doit être régulé par un convertisseur de fréquence.
Les fabricants d'équipements comprennent : Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Branche d'équipement de Xinbaohua.
3. Introduction d'un équipement typique – moulin à sable
Introduction aux fonctions du modèle : il est optimisé pour l'utilisation de minuscules billes de broyage, de la dispersion flexible au broyage à ultra haute énergie pour un travail efficace.
Configuration automatique du produit :
• Les broyeurs à sable ont des exigences relativement faibles en matière de contrôle de mouvement, n'utilisent généralement pas de servos, mais utilisent des moteurs basse tension ordinaires pour le processus de production de ponçage ;
• Utilisez le convertisseur de fréquence pour régler la vitesse de broche, ce qui permet de contrôler le broyage des matériaux à différentes vitesses linéaires afin de répondre aux différentes exigences de finesse de broyage des différents matériaux.
Les fabricants d'équipements comprennent : Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. et Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Heure de publication : 18 mai 2022