Tiho nastajajoča polprevodniška baterija

Nedavno je poročilo CCTV o "polnjenju eno uro in čakanju v čakalni vrsti štiri ure" sprožilo burne razprave. Življenjska doba baterije in težave s polnjenjem vozil z novo energijo so spet postale vroča tema za vse. Trenutno so polprevodniške litijeve baterije v primerjavi s tradicionalnimi tekočimi litijevimi baterijamiz večjo varnostjo, večjo energijsko gostoto, daljšo življenjsko dobo baterije in širšimi področji uporabepoznavalci industrije na splošno menijo, da je prihodnja razvojna smer litijevih baterij. Podjetja tekmujejo tudi za postavitev.

Čeprav polprevodniške litijeve baterije ni mogoče komercializirati v kratkem času, je raziskovalni in razvojni proces tehnologije polprevodniške litijeve baterije v velikih podjetjih v zadnjem času vse hitrejši in povpraševanje na trgu lahko spodbudi množično proizvodnjo trdnih baterij. stanje litijeve baterije pred rokom.Ta članek bo analiziral razvoj trga polprevodniških litijevih baterij in postopek priprave polprevodniških litijevih baterij ter vas popeljal k raziskovanju obstoječih priložnosti na trgu avtomatizacije.

Polprevodniške litijeve baterije imajo znatno boljšo energijsko gostoto in toplotno stabilnost kot tekoče litijeve baterije

V zadnjih letih so nenehne inovacije na področju nadaljnjih aplikacij postavile vse višje zahteve za industrijo litijevih baterij, prav tako pa se nenehno izboljšuje tehnologija litijevih baterij, ki se premika proti višji specifični energiji in varnosti.Z vidika razvojne poti tehnologije litijevih baterij se je gostota energije, ki jo lahko dosežejo tekoče litijeve baterije, postopoma približala svoji meji, polprevodniške litijeve baterije pa bodo edina pot za razvoj litijevih baterij.

V skladu s »tehničnim načrtom za varčevanje z energijo in nova energetska vozila« je cilj energijske gostote baterij 400 Wh/kg leta 2025 in 500 Wh/kg leta 2030.Da bi dosegli cilj do leta 2030, obstoječa tehnološka pot za tekoče litijeve baterije morda ne bo mogla prevzeti odgovornosti. Težko je preseči zgornjo mejo energijske gostote 350 Wh/kg, vendar lahko energijska gostota polprevodniških litijevih baterij zlahka preseže 350 Wh/kg.

Zaradi povpraševanja na trgu država pripisuje velik pomen tudi razvoju polprevodniških litijevih baterij.V »Razvojnem načrtu industrije novih energetskih vozil (2021–2035)« (Osnutek za pripombe), objavljenem decembra 2019, je predlagana okrepitev raziskav in razvoja ter industrializacije polprevodniških litijevih baterij in dvig polprevodniških litijevih baterij na nacionalno raven, kot je prikazano v tabeli 1.

Tabela 1 Primerjalna analiza tekočih baterij in polprevodniških baterij

Ne samo za nova energetska vozila, industrija shranjevanja energije ima širok prostor za uporabo

Pod vplivom spodbujanja nacionalnih politik bo hiter razvoj industrije novih energetskih vozil zagotovil širok razvojni prostor za polprevodniške litijeve baterije.Poleg tega so polprevodniške litijeve baterije priznane tudi kot ena od nastajajočih tehnoloških usmeritev, za katere se pričakuje, da bodo prebile ozko grlo tehnologije elektrokemijskega shranjevanja energije in izpolnile prihodnje razvojne potrebe.Kar zadeva shranjevanje elektrokemične energije, litijeve baterije trenutno predstavljajo 80 % shranjevanja elektrokemične energije.Skupna instalirana zmogljivost elektrokemičnega shranjevanja energije v letu 2020 je 3269,2 MV, kar je 91-odstotno povečanje v primerjavi z letom 2019. V kombinaciji s smernicami za razvoj energetike v državi, povpraševanjem po elektrokemičnem shranjevanju energije na strani uporabnika, napravami, povezanimi z obnovljivimi viri energije, in na drugih področjih se pričakuje hitra rast, kot je prikazano na sliki 1.

Prodaja in rast novih vozil na energijo od januarja do septembra 2021 Kumulativna nameščena zmogljivost in stopnja rasti projektov za shranjevanje kemične energije na Kitajskem od 2014 do 2020

Slika 1 Prodaja in rast novih energetskih vozil; kumulativno instalirano zmogljivost in stopnjo rasti projektov za shranjevanje kemične energije na Kitajskem

Podjetja pospešijo proces raziskav in razvoja, Kitajska pa ima na splošno raje oksidne sisteme

V zadnjih letih so kapitalski trg, podjetja za proizvodnjo baterij in velika avtomobilska podjetja vsi začeli povečevati raziskovalno postavitev polprevodniških litijevih baterij v upanju, da bodo prevladali nad konkurenco v tehnologiji električnih baterij naslednje generacije.Glede na trenutni napredek pa bo trajalo 5–10 let, da bodo popolnoma polprevodniške litijeve baterije zrele v znanosti in proizvodni tehnologiji pred množično proizvodnjo.Mednarodna glavna avtomobilska podjetja, kot so Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai itd., povečujejo svoje naložbe v raziskave in razvoj v tehnologijo polprevodniških litijevih baterij; v zvezi z baterijskimi podjetji se še naprej razvijajo tudi CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD itd.

Polprevodniške litijeve baterije lahko razdelimo v tri kategorije glede na materiale elektrolitov: polimerne polprevodniške litijeve baterije, sulfidne polprevodniške litijeve baterije in oksidne polprevodniške litijeve baterije.Polimerna polprevodniška litijeva baterija ima dobre varnostne lastnosti, sulfidna polprevodniška litijeva baterija je enostavna za obdelavo, oksidna polprevodniška litijeva baterija pa ima najvišjo prevodnost.Trenutno evropska in ameriška podjetja dajejo prednost oksidnim in polimernim sistemom; Japonska in korejska podjetja na čelu s Toyoto in Samsungom so bolj navdušena nad sulfidnimi sistemi; Kitajska ima raziskovalce v vseh treh sistemih in na splošno daje prednost oksidnim sistemom, kot je prikazano na sliki 2.

Slika 2 Postavitev proizvodnje polprevodniških litijevih baterij proizvajalcev baterij in večjih avtomobilskih podjetij

Z vidika napredka raziskav in razvoja je Toyota v tujini priznana kot eden najmočnejših igralcev na področju polprevodniških litijevih baterij. Toyota je prvič predlagala ustrezen razvoj leta 2008, ko je sodelovala z Iliko, zagonom polprevodniških litijevih baterij.Junija 2020 so Toyotina električna vozila, opremljena s polprevodniškimi litijevimi baterijami, že izvedla vozne preizkuse na testni poti.Zdaj je dosegel stopnjo pridobivanja podatkov o vožnji vozil.Septembra 2021 je Toyota napovedala, da bo do leta 2030 vložila 13,5 milijarde dolarjev v razvoj baterij naslednje generacije in dobavnih verig baterij, vključno s polprevodniškimi litijevimi baterijami.Domače družbe Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy in Ganfeng Lithium Industry so leta 2019 vzpostavile majhne pilotne proizvodne linije za poltrdne litijeve baterije.Septembra 2021 je polprevodniška litijeva baterija Jiangsu Qingtao 368 Wh/kg prestala nacionalni inšpekcijski certifikat, kot je prikazano v tabeli 2.

Tabela 2 Načrti proizvodnje polprevodniških baterij večjih podjetij

Analiza procesa polprevodniških litijevih baterij na osnovi oksida, postopek vročega stiskanja je nova povezava

Težavna tehnologija obdelave in visoki proizvodni stroški so vedno omejevali industrijski razvoj polprevodniških litijevih baterij. Spremembe procesa polprevodniških litijevih baterij se odražajo predvsem v procesu priprave celic, njihove elektrode in elektroliti pa imajo višje zahteve za proizvodno okolje, kot je prikazano v tabeli 3.

Tabela 3 Analiza procesa polprevodniških litijevih baterij na osnovi oksida

1. Predstavitev tipske opreme – vroča stiskalnica za kaširanje

Predstavitev funkcije modela: vroča stiskalnica za laminacijo se uporablja predvsem v procesu sinteze popolnoma trdnih litijevih baterijskih celic. V primerjavi s tradicionalno litijevo baterijo je postopek vročega stiskanja nova povezava, povezava za vbrizgavanje tekočine pa manjka. višje zahteve.

Samodejna konfiguracija izdelka:

• Vsaka postaja mora uporabljati 3~4 osne servo motorje, ki se uporabljajo za laminacijo laminacijo oziroma lepljenje;

• Uporabite HMI za prikaz temperature ogrevanja, ogrevalni sistem potrebuje krmilni sistem PID, ki zahteva višji temperaturni senzor in zahteva večjo količino;

• Krmilni PLC ima višje zahteve glede točnosti krmiljenja in krajšega obdobja cikla. V prihodnosti bi bilo treba ta model razviti za doseganje visokohitrostne laminacije z vročim stiskanjem.

Proizvajalci opreme vključujejo: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd., in Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. Uvedba tipske opreme – livarskega stroja

Predstavitev funkcije modela: Mešana praškasta gošča se dovaja v livno glavo prek naprave za avtomatsko dovajanje, nato pa se nanese s strgalom, valjem, mikrokonkavnim in drugimi metodami premazovanja v skladu z zahtevami postopka, nato pa se posuši v sušilnem tunelu. Osnovni trak skupaj z zelenim ohišjem se lahko uporablja za previjanje. Po sušenju lahko zeleno telo olupite in obrežete, nato pa ga razrežete na širino, ki jo določi uporabnik, da ulijete surovec filmskega materiala z določeno trdnostjo in prožnostjo.

Samodejna konfiguracija izdelka:

• Servo se uporablja predvsem za navijanje in odvijanje, odpravljanje odstopanja, krmilnik napetosti pa je potreben za prilagajanje napetosti na mestu navijanja in odvijanja;

• Uporabite HMI za prikaz temperature ogrevanja, ogrevalni sistem potrebuje krmilni sistem PID;

• Ventilatorski pretok mora biti reguliran s frekvenčnim pretvornikom.

Proizvajalci opreme vključujejo: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.

3. Uvedba tipske opreme – mlin na pesek

Predstavitev funkcije modela: Optimiziran je za uporabo drobnih brusilnih kroglic, od fleksibilne disperzije do ultravisoko energijskega brušenja za učinkovito delo.

Samodejna konfiguracija izdelka:

• Mlini peska imajo relativno nizke zahteve glede krmiljenja gibanja, na splošno ne uporabljajo servo motorjev, ampak uporabljajo navadne nizkonapetostne motorje za proizvodni proces brušenja;

• Uporabite frekvenčni pretvornik za prilagoditev hitrosti vretena, ki lahko nadzoruje mletje materialov pri različnih linearnih hitrostih, da izpolni različne zahteve glede finosti mletja različnih materialov.

Proizvajalci opreme vključujejo: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd., in Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.