Недавно сообщение CCTV о «зарядке в течение часа и очередях в течение четырех часов» вызвало горячие дискуссии. Срок службы аккумулятора и вопросы зарядки транспортных средств на новых источниках энергии снова стали горячей темой для всех. В настоящее время по сравнению с традиционными жидкими литиевыми батареями твердотельные литиевые батареис более высокой безопасностью, большей плотностью энергии, более длительным сроком службы батареи и более широкими областями применения.широко рассматривается инсайдерами отрасли как будущее направление развития литиевых батарей. Компании также конкурируют за макет.
Хотя твердотельные литиевые батареи не могут быть коммерциализированы в краткосрочной перспективе, процесс исследований и разработок технологии твердотельных литиевых батарей крупными компаниями в последнее время становится все быстрее и быстрее, и рыночный спрос может способствовать массовому производству твердотельных литиевых батарей. состояние литиевой батареи досрочно.В этой статье будет проанализировано развитие рынка твердотельных литиевых батарей и процесс подготовки твердотельных литиевых батарей, а также изучены существующие возможности рынка автоматизации.
Твердотельные литиевые батареи имеют значительно лучшую плотность энергии и термическую стабильность, чем жидкие литиевые батареи.
В последние годы постоянные инновации в сфере переработки и переработки выдвигают все более высокие требования к индустрии литиевых батарей, а технология литиевых батарей также постоянно совершенствуется, двигаясь в сторону более высокой удельной энергии и безопасности.С точки зрения развития технологии литиевых батарей плотность энергии, которую могут достичь жидкие литиевые батареи, постепенно приближается к своему пределу, и твердотельные литиевые батареи будут единственным способом развития литиевых батарей.
Согласно «Технической дорожной карте энергосбережения и транспортных средств на новых источниках энергии», целевая плотность энергии аккумуляторных батарей составляет 400 Втч/кг в 2025 году и 500 Втч/кг в 2030 году.Для достижения цели 2030 года существующий маршрут технологии жидких литиевых батарей, возможно, не сможет взять на себя ответственность. Трудно преодолеть потолок плотности энергии в 350 Втч/кг, но плотность энергии твердотельных литиевых батарей может легко превысить 350 Втч/кг.
Руководствуясь рыночным спросом, страна также придает большое значение разработке твердотельных литиевых батарей.В «Плане развития автомобильной промышленности на новых источниках энергии (2021–2035 годы)» (проект для комментариев), опубликованном в декабре 2019 года, предлагается усилить исследования, разработки и индустриализацию твердотельных литиевых батарей, а также увеличить количество твердотельных литиевых батарей. на национальный уровень, как показано в Таблице 1.
Таблица 1 Сравнительный анализ жидкостных и твердотельных аккумуляторов
Не только для новых энергетических транспортных средств, индустрия хранения энергии имеет широкое применение.
Под влиянием продвижения национальной политики быстрое развитие автомобильной промышленности на новой энергии обеспечит широкое пространство для развития твердотельных литиевых батарей.Кроме того, полностью твердотельные литиевые батареи также признаны одним из новых технологических направлений, которые, как ожидается, позволят преодолеть узкие места электрохимических технологий хранения энергии и удовлетворить будущие потребности развития.Что касается электрохимического хранения энергии, литиевые батареи в настоящее время составляют 80% электрохимического хранения энергии.Совокупная установленная мощность электрохимических накопителей энергии в 2020 году составит 3269,2 МВт, что на 91% больше, чем в 2019 году. Ожидается, что в других областях начнется быстрый рост, как показано на рисунке 1.
Продажи и рост новых энергетических транспортных средств с января по сентябрь 2021 г. Совокупная установленная мощность и темпы роста проектов по хранению химической энергии в Китае с 2014 по 2020 г.
Рисунок 1. Продажи и рост продаж автомобилей на новых источниках энергии; совокупная установленная мощность и темпы роста проектов по хранению химической энергии в Китае
Предприятия ускоряют процесс исследований и разработок, а Китай обычно предпочитает оксидные системы.
В последние годы рынок капитала, производители аккумуляторов и крупные автомобильные компании начали расширять масштабы исследований твердотельных литиевых батарей, надеясь доминировать в конкурентной борьбе в области технологий силовых аккумуляторов следующего поколения.Однако, согласно нынешнему прогрессу, пройдет 5-10 лет, прежде чем полностью твердотельные литиевые батареи станут зрелыми в науке и производственных технологиях перед массовым производством.Международные автомобильные компании, такие как Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai и т. д., увеличивают свои инвестиции в исследования и разработки в технологии твердотельных литиевых батарей; Что касается компаний-производителей аккумуляторов, то CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD и т. д. также продолжают развиваться.
Полностью твердотельные литиевые батареи можно разделить на три категории в зависимости от материалов электролита: полимерные твердотельные литиевые батареи, сульфидные твердотельные литиевые батареи и оксидные твердотельные литиевые батареи.Полимерная твердотельная литиевая батарея имеет хорошие показатели безопасности, сульфидная твердотельная литиевая батарея проста в обработке, а оксидная твердотельная литиевая батарея имеет самую высокую проводимость.В настоящее время европейские и американские компании отдают предпочтение оксидным и полимерным системам; Японские и корейские компании во главе с Toyota и Samsung больше интересуются сульфидными системами; В Китае есть исследователи во всех трех системах, и в целом они предпочитают оксидные системы, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2. Схема производства твердотельных литиевых батарей аккумуляторных компаний и крупных автомобильных компаний.
С точки зрения прогресса исследований и разработок, Toyota признана одним из самых мощных игроков в области твердотельных литиевых аккумуляторов в зарубежных странах. Toyota впервые предложила соответствующие разработки в 2008 году, когда сотрудничала с Ilika, стартапом по производству твердотельных литиевых батарей.В июне 2020 года электромобили Toyota, оснащенные полностью твердотельными литиевыми батареями, уже прошли ходовые испытания на испытательном маршруте.Теперь он достиг стадии получения данных о движении транспортного средства.В сентябре 2021 года Toyota объявила, что к 2030 году инвестирует 13,5 миллиардов долларов в разработку батарей следующего поколения и цепочек поставок батарей, включая твердотельные литиевые батареи.На внутреннем рынке компании Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy и Ganfeng Lithium Industry в 2019 году создали небольшие пилотные линии по производству полутвердых литиевых батарей.В сентябре 2021 года твердотельная литиевая батарея Jiangsu Qingtao емкостью 368 Втч/кг прошла национальную строгую сертификацию проверки, как показано в таблице 2.
Таблица 2. Планы крупнейших предприятий по производству твердотельных аккумуляторов
Анализ процесса твердотельных литиевых батарей на основе оксидов, процесс горячего прессования - новое звено.
Сложная технология обработки и высокая стоимость производства всегда ограничивали промышленное развитие твердотельных литиевых батарей. Технологические изменения твердотельных литиевых батарей в основном отражаются в процессе подготовки элементов, а их электроды и электролиты предъявляют более высокие требования к производственной среде, как показано в таблице 3.
Таблица 3. Анализ процесса твердотельных литиевых батарей на основе оксидов
1. Внедрение типового оборудования – горячего пресса для ламинирования.
Введение функции модели: Горячий пресс для ламинирования в основном используется в процессе синтеза твердотельных литиевых аккумуляторных элементов. По сравнению с традиционной литиевой батареей процесс горячего прессования представляет собой новое звено, а звено впрыска жидкости отсутствует. более высокие требования.
Автоматическая конфигурация продукта:
• На каждой станции необходимо использовать 3–4 осевые серводвигатели, которые используются для ламинирования и склеивания соответственно;
• Используйте HMI для отображения температуры нагрева. Для системы отопления требуется система ПИД-регулирования, для которой требуется датчик более высокой температуры и больший объем;
• К контроллеру ПЛК предъявляются более высокие требования к точности управления и более короткому периоду цикла. В будущем эта модель должна быть разработана для достижения сверхскоростного ламинирования горячим прессованием.
Производители оборудования включают: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. и Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Внедрение типового оборудования – литейной машины.
Введение функции модели: смешанная порошковая суспензия подается в литейную головку через устройство автоматической системы подачи, а затем наносится скребком, валиком, микро-подбарабаньем и другими методами покрытия в соответствии с технологическими требованиями, а затем сушится в сушильном туннеле. Ленту-основу вместе с зеленым корпусом можно использовать для перемотки. После высыхания сырое тело можно снять и обрезать, а затем разрезать до ширины, указанной пользователем, чтобы отлить заготовку из пленочного материала с определенной прочностью и гибкостью.
Автоматическая конфигурация продукта:
• Сервопривод в основном используется для перемотки и размотки, устранения отклонений, а контроллер натяжения необходим для регулировки натяжения в местах перемотки и размотки;
• Используйте HMI для отображения температуры нагрева, для системы отопления требуется система ПИД-регулирования;
• Поток вентиляции вентилятора должен регулироваться преобразователем частоты.
Среди производителей оборудования: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – филиал оборудования Xinbaohua.
3. Внедрение типового оборудования – песочная мельница.
Описание функций модели: она оптимизирована для использования крошечных мелющих шариков, от гибкого диспергирования до сверхвысокоэнергетического измельчения для эффективной работы.
Автоматическая конфигурация продукта:
• Песочные мельницы имеют относительно низкие требования к управлению движением, обычно не используют сервоприводы, а используют обычные низковольтные двигатели для процесса производства песка;
• Используйте преобразователь частоты для регулировки скорости шпинделя, который позволяет контролировать измельчение материалов на разных линейных скоростях для удовлетворения различных требований к тонкости измельчения различных материалов.
Среди производителей оборудования: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. и Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Время публикации: 18 мая 2022 г.