סוללת המצב המוצק המתהווה בשקט

לאחרונה, הדיווח של CCTV על "טעינה של שעה אחת ותורים לארבע שעות" עורר דיונים סוערים. חיי הסוללה ובעיות הטעינה של רכבי אנרגיה חדשים הפכו שוב לנושא חם עבור כולם. כיום, בהשוואה לסוללות ליתיום נוזליות מסורתיות, סוללות ליתיום במצב מוצקעם בטיחות גבוהה יותר, צפיפות אנרגיה גדולה יותר, חיי סוללה ארוכים יותר ושדות יישומים רחבים יותרנחשב על ידי מקורבים לתעשייה ככיוון הפיתוח העתידי של סוללות ליתיום. חברות מתחרות גם על הפריסה.

למרות שלא ניתן למסחר את סוללת הליתיום במצב מוצק בטווח הקצר, תהליך המחקר והפיתוח של טכנולוגיית סוללת ליתיום מוצק על ידי חברות גדולות נעשה מהיר יותר ויותר לאחרונה, והביקוש בשוק עשוי לקדם ייצור המוני של מוצק- מצב סוללת ליתיום לפני המועד.מאמר זה ינתח את התפתחות שוק סוללות הליתיום במצב מוצק ואת תהליך הכנת סוללות ליתיום מוצק, וייקח אתכם לחקור את ההזדמנויות בשוק האוטומציה הקיימות.

לסוללות ליתיום במצב מוצק יש צפיפות אנרגיה ויציבות תרמית טובים משמעותית מסוללות ליתיום נוזלי

בשנים האחרונות, החידוש המתמשך בתחום היישומים במורד הזרם העלה דרישות גבוהות יותר ויותר לתעשיית סוללות הליתיום, וגם טכנולוגיית סוללת הליתיום שופרה באופן מתמיד, תוך כדי אנרגיה ובטיחות ספציפיים גבוהים יותר.מנקודת המבט של נתיב הפיתוח של טכנולוגיית סוללות ליתיום, צפיפות האנרגיה שסוללות ליתיום נוזליות יכולות להשיג התקרבה בהדרגה לגבולה, וסוללות ליתיום במצב מוצק יהיו הדרך היחידה לפיתוח סוללות ליתיום.

על פי "מפת הדרכים הטכנית לחיסכון באנרגיה ורכבי אנרגיה חדשים", יעד צפיפות האנרגיה של סוללות חשמל הוא 400Wh/kg ב-2025 ו-500Wh/kg ב-2030.על מנת להשיג את היעד של 2030, ייתכן שמסלול טכנולוגיית סוללת הליתיום הנוזלית הקיימת לא יוכל לשאת באחריות. קשה לשבור את תקרת צפיפות האנרגיה של 350Wh/kg, אבל צפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום מוצק יכולה בקלות לעלות על 350Wh/kg.

מונעת על ידי ביקוש בשוק, המדינה מייחסת חשיבות רבה גם לפיתוח סוללות ליתיום מוצק.ב"תכנית פיתוח תעשיית הרכב האנרגיה החדשה (2021-2035)" (טיוטה להערה) שפורסמה בדצמבר 2019, מוצע לחזק את המחקר והפיתוח והתיעוש של סוללות ליתיום מוצק, ולגדל סוללות ליתיום מוצק. לרמה הלאומית, כפי שמוצג בטבלה 1.

טבלה 1 ניתוח השוואתי של סוללות נוזליות וסוללות מצב מוצק

לא רק עבור רכבי אנרגיה חדשים, לתעשיית אחסון האנרגיה יש מרחב יישומים רחב

בהשפעת קידום המדיניות הלאומית, הפיתוח המהיר של תעשיית רכבי האנרגיה החדשה יספק מרחב פיתוח רחב לסוללות ליתיום מוצק.בנוסף, סוללות ליתיום במצב מוצק מוכרות גם כאחד מכיווני הטכנולוגיה המתפתחים שצפויים לפרוץ את צוואר הבקבוק של טכנולוגיית אגירת אנרגיה אלקטרוכימית ולענות על צורכי פיתוח עתידיים.במונחים של אגירת אנרגיה אלקטרוכימית, סוללות ליתיום מהוות כיום 80% מאגירת האנרגיה האלקטרוכימית.הקיבולת המותקנת המצטברת של אגירת אנרגיה אלקטרוכימית בשנת 2020 היא 3269.2MV, גידול של 91% לעומת 2019. בשילוב עם הנחיות המדינה לפיתוח אנרגיה, הביקוש לאגירת אנרגיה אלקטרוכימית בצד המשתמש, מתקנים המחוברים לרשתות אנרגיה מתחדשת, תחומים אחרים צפויים לפתח צמיחה מהירה, כפי שמוצג באיור 1.

מכירה וצמיחה של רכבי אנרגיה חדשים מינואר עד ספטמבר 2021 קיבולת מותקנת מצטברת וקצב צמיחה של פרויקטים לאחסון אנרגיה כימית בסין מ-2014 עד 2020

איור 1 מכירות וצמיחה של רכבי אנרגיה חדשים; קיבולת מותקנת מצטברת וקצב צמיחה של פרויקטים לאחסון אנרגיה כימית בסין

ארגונים מאיצים את תהליך המחקר והפיתוח, ובדרך כלל סין מעדיפה מערכות תחמוצת

בשנים האחרונות, שוק ההון, חברות המצברים וחברות הרכב הגדולות החלו להגדיל את מערך המחקר של סוללות ליתיום מוצק, בתקווה לשלוט בתחרות בטכנולוגיית הסוללות החשמליות של הדור הבא.עם זאת, על פי ההתקדמות הנוכחית, יעברו 5-10 שנים עד שסוללות ליתיום מוצקות יהיו בשלות במדע ובטכנולוגיית ייצור לפני ייצור המוני.חברות רכב מיינסטרים בינלאומיות כמו טויוטה, פולקסווגן, ב.מ.וו, הונדה, ניסאן, יונדאי וכו' מגדילות את השקעת המו"פ שלהן בטכנולוגיית סוללת ליתיום מוצק; במונחים של חברות סוללות, גם CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD וכו' ממשיכות להתפתח.

ניתן לחלק סוללות ליתיום במצב מוצק לשלוש קטגוריות לפי חומרי אלקטרוליט: סוללות ליתיום פולימריות במצב מוצק, סוללות ליתיום מוצק גופרתי וסוללות ליתיום מוצק אוקסיד.לסוללת ליתיום מוצק פולימר יש ביצועי בטיחות טובים, סוללת ליתיום מוצק גופרתי קלה לעיבוד, וסוללת ליתיום מוצק תחמוצת בעלת המוליכות הגבוהה ביותר.כיום, חברות אירופאיות ואמריקאיות מעדיפות מערכות תחמוצת ופולימר; חברות יפניות וקוריאניות בראשות טויוטה וסמסונג מתלהבות יותר ממערכות סולפיד; לסין יש חוקרים בכל שלוש המערכות, ובדרך כלל מעדיפה מערכות תחמוצת, כפי שמוצג באיור 2.

איור 2 פריסת הייצור של סוללות ליתיום במצב מוצק של חברות סוללות וחברות רכב גדולות

מנקודת המבט של התקדמות המחקר והפיתוח, טויוטה מוכרת כאחד השחקנים החזקים ביותר בתחום סוללות ליתיום מוצק במדינות זרות. טויוטה הציעה פיתוחים רלוונטיים לראשונה בשנת 2008 כאשר שיתפה פעולה עם איליקה, סטארט-אפ של סוללת ליתיום במצב מוצק.ביוני 2020, כלי הרכב החשמליים של טויוטה המצוידים בסוללות ליתיום מוצקות כבר ביצעו מבחני נהיגה במסלול המבחן.כעת הוא הגיע לשלב של השגת נתוני נהיגה ברכב.בספטמבר 2021 הודיעה טויוטה כי תשקיע 13.5 מיליארד דולר עד שנת 2030 בפיתוח הדור הבא של סוללות ורשתות אספקת סוללות, כולל סוללות ליתיום מוצק.מקומית, Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy ו-Ganfeng Lithium Industry הקימו קווי ייצור פיילוט בקנה מידה קטן עבור סוללות ליתיום מוצקות למחצה בשנת 2019.בספטמבר 2021, ג'יאנגסו צ'ינגטאו 368Wh/kg סוללת ליתיום מוצק עברה את הסמכת הבדיקה החזקה הלאומית, כפי שמוצג בטבלה 2.

טבלה 2 תוכניות ייצור סוללות במצב מוצק של ארגונים גדולים

ניתוח תהליך של סוללות ליתיום על בסיס תחמוצת מוצק, תהליך כבישה חמה הוא קישור חדש

טכנולוגיית העיבוד הקשה ועלות הייצור הגבוהה תמיד הגבילו את הפיתוח התעשייתי של סוללות ליתיום במצב מוצק. השינויים בתהליך של סוללות ליתיום במצב מוצק באים לידי ביטוי בעיקר בתהליך הכנת התא, ולאלקטרודות והאלקטרוליטים שלהן יש דרישות גבוהות יותר לסביבת הייצור, כפי שמוצג בטבלה 3.

טבלה 3 ניתוח תהליכים של סוללות ליתיום מוצק על בסיס תחמוצת

1. כניסת ציוד טיפוסי - לחיצה חמה למינציה

מבוא פונקציית הדגם: מכונת הלמינציה החמה משמשת בעיקר בקטע תהליך הסינתזה של תאי סוללת ליתיום מוצקים. בהשוואה לסוללת הליתיום המסורתית, תהליך הכבישה החמה הוא חוליה חדשה, וקישור הזרקת הנוזל חסר. דרישות גבוהות יותר.

תצורת מוצר אוטומטית:

• כל תחנה צריכה להשתמש במנועי סרוו 3~4 צירים, המשמשים למינציה למינציה והדבקה בהתאמה;

• השתמש ב-HMI להצגת טמפרטורת החימום, מערכת החימום זקוקה למערכת בקרת PID, הדורשת חיישן טמפרטורה גבוה יותר ודורשת כמות גדולה יותר;

• ל-PLC הבקר יש דרישות גבוהות יותר לגבי דיוק בקרה ותקופת מחזור קצרה יותר. בעתיד, יש לפתח מודל זה כדי להשיג למינציה בכבישה חמה במהירות גבוהה במיוחד.

יצרני הציוד כוללים: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd., ושות' Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. הכנסת ציוד טיפוסי - מכונת יציקה

מבוא פונקציית הדגם: תמיסת האבקה המעורבת מסופקת לראש היציקה דרך התקן מערכת ההזנה האוטומטית, ולאחר מכן מיושמת על ידי מגרדת, רולר, מיקרו-קעורה ושיטות ציפוי אחרות בהתאם לדרישות התהליך, ולאחר מכן מיובשת במנהרת הייבוש. ניתן להשתמש בסרט הבסיס יחד עם הגוף הירוק לרידוד לאחור. לאחר הייבוש, ניתן לקלף את הגוף הירוק ולגזום, ולאחר מכן לחתוך אותו לרוחב שצוין על ידי המשתמש כדי ליציק חומר סרט ריק עם חוזק וגמישות מסוימת.

תצורת מוצר אוטומטית:

• סרוו משמש בעיקר להליכה לאחור ולפירוק, לתיקון סטייה, ונדרש בקר מתח כדי להתאים את המתח במקום ההליכה והפירוק;

• השתמש ב-HMI להצגת טמפרטורת החימום, מערכת החימום צריכה מערכת בקרת PID;

• זרימת האוורור של המאוורר צריכה להיות מווסתת על ידי ממיר תדרים.

יצרני הציוד כוללים: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.

3. הכנסת ציוד טיפוסי – טחנת חול

מבוא לתפקוד הדגם: הוא מותאם לשימוש בחרוזי טחינה זעירים, מפיזור גמיש ועד לטחינת אנרגיה גבוהה במיוחד לעבודה יעילה.

תצורת מוצר אוטומטית:

• לטחנות חול יש דרישות נמוכות יחסית לבקרת תנועה, בדרך כלל אינן משתמשות בסרוו, אלא משתמשות במנועי מתח נמוך רגילים לתהליך ייצור השיוף;

• השתמש בממיר התדרים כדי להתאים את מהירות הציר, שיכול לשלוט בטחינה של חומרים במהירויות ליניאריות שונות כדי לעמוד בדרישות עדינות הטחינה השונות של חומרים שונים.

יצרני הציוד כוללים: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd., ו-Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.