Nyligen har CCTV:s rapport om att "ladda i en timme och köa i fyra timmar" väckt heta diskussioner. Batteritiden och laddningsproblemen för nya energifordon har återigen blivit en het fråga för alla. För närvarande, jämfört med traditionella flytande litiumbatterier, solid-state litiumbatteriermed högre säkerhet, större energitäthet, längre batteritid och bredare användningsområdenallmänt betraktad av industrins insiders som den framtida utvecklingsriktningen för litiumbatterier. Företag konkurrerar också om layout.
Även om solid-state litiumbatteriet inte kan kommersialiseras på kort sikt, har forsknings- och utvecklingsprocessen för solid state litiumbatteriteknologi av stora företag blivit snabbare och snabbare nyligen, och efterfrågan på marknaden kan främja massproduktion av solid-state litiumbatterier. ange litiumbatteri före schemat.Den här artikeln kommer att analysera utvecklingen av marknaden för solid-state litiumbatterier och processen att förbereda solid-state litiumbatterier, och ta dig att utforska de automationsmarknadsmöjligheter som finns.
Solid-state litiumbatterier har betydligt bättre energitäthet och termisk stabilitet än flytande litiumbatterier
Under de senaste åren har den kontinuerliga innovationen inom nedströmsapplikationsområdet ställt högre och högre krav för litiumbatteriindustrin, och litiumbatteriteknologin har också kontinuerligt förbättrats, mot högre specifik energi och säkerhet.Ur perspektivet av utvecklingsvägen för litiumbatteriteknik har energitätheten som flytande litiumbatterier kan uppnå gradvis närmat sig sin gräns, och solid-state litiumbatterier kommer att vara det enda sättet för utveckling av litiumbatterier.
Enligt "Technical Roadmap for Energy Saving and New Energy Vehicles" är energitäthetsmålet för kraftbatterier 400Wh/kg 2025 och 500Wh/kg 2030.För att uppnå målet 2030 kanske den befintliga teknikvägen för flytande litiumbatterier inte kan ta ansvaret. Det är svårt att bryta energitäthetstaket på 350Wh/kg, men energitätheten för solid-state litiumbatterier kan lätt överstiga 350Wh/kg.
Drivet av marknadens efterfrågan lägger landet också stor vikt vid utvecklingen av solid-state litiumbatterier.I "New Energy Vehicle Industry Development Plan (2021-2035)" (utkast till kommentar) som släpptes i december 2019, föreslås det att stärka forskningen och utvecklingen och industrialiseringen av solid-state litiumbatterier, och höja solid state litiumbatterier till nationell nivå, som visas i tabell 1.
Tabell 1 Jämförande analys av flytande batterier och solid state-batterier
Inte bara för nya energifordon, energilagringsindustrin har ett brett applikationsutrymme
Influerad av främjandet av nationell politik kommer den snabba utvecklingen av den nya energifordonsindustrin att ge ett brett utvecklingsutrymme för solid-state litiumbatterier.Dessutom är helsolid-state litiumbatterier också erkända som en av de framväxande teknologiriktningarna som förväntas bryta igenom flaskhalsen för elektrokemisk energilagringsteknik och möta framtida utvecklingsbehov.När det gäller elektrokemisk energilagring står litiumbatterier för närvarande för 80 % av den elektrokemiska energilagringen.Den kumulativa installerade kapaciteten för elektrokemisk energilagring år 2020 är 3269,2MV, en ökning med 91 % jämfört med 2019. I kombination med landets riktlinjer för energiutveckling, efterfrågan på elektrokemisk energilagring på användarsidan, förnybar energi nätanslutna anläggningar och andra fält förväntas inleda snabb tillväxt, som visas i figur 1.
Försäljning och tillväxt av nya energifordon från januari till september 2021 Kumulativ installerad kapacitet och tillväxttakt för kemisk energilagringsprojekt i Kina från 2014 till 2020
Figur 1 Försäljning och tillväxt av nya energifordon; kumulativ installerad kapacitet och tillväxttakt för kemisk energilagringsprojekt i Kina
Företag påskyndar forsknings- och utvecklingsprocessen, och Kina föredrar i allmänhet oxidsystem
Under de senaste åren har kapitalmarknaden, batteriföretag och stora bilföretag alla börjat öka forskningslayouten för solid-state litiumbatterier, i hopp om att dominera konkurrensen inom nästa generations kraftbatteriteknik.Men enligt nuvarande framsteg kommer det att ta 5-10 år för helsolid-state litiumbatterier att vara mogna inom vetenskap och tillverkningsteknik innan massproduktion.Internationella vanliga bilföretag som Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai, etc. ökar sina FoU-investeringar i solid-state litiumbatteriteknologi; när det gäller batteriföretag fortsätter även CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD, etc. att utvecklas .
All-solid-state litiumbatterier kan delas in i tre kategorier beroende på elektrolytmaterial: polymer solid state litiumbatterier, sulfid solid state litiumbatterier och oxid solid state litiumbatterier.Polymer solid-state litiumbatteriet har bra säkerhetsprestanda, sulfid solid state litiumbatteriet är lätt att bearbeta och oxid solid state litiumbatteriet har den högsta ledningsförmågan.För närvarande föredrar europeiska och amerikanska företag oxid- och polymersystem; Japanska och koreanska företag ledda av Toyota och Samsung är mer sugna på sulfidsystem; Kina har forskare inom alla tre systemen och föredrar i allmänhet oxidsystem, som visas i figur 2.
Figur 2 Produktionslayouten för solid-state litiumbatterier för batteriföretag och större bilföretag
Ur perspektivet av forsknings- och utvecklingsframsteg är Toyota erkänt som en av de mest kraftfulla aktörerna inom området solid-state litiumbatterier i främmande länder. Toyota föreslog först relevant utveckling 2008 när de samarbetade med Ilika, en start-up för ett solid-state litiumbatteri.I juni 2020 har Toyotas elfordon utrustade med helsolid-state litiumbatterier redan genomfört körtester på testvägen.Det har nu nått stadiet att hämta data om fordonskörning.I september 2021 meddelade Toyota att de skulle investera 13,5 miljarder dollar till 2030 för att utveckla nästa generations batterier och batteriförsörjningskedjor, inklusive solid-state litiumbatterier.På hemmaplan etablerade Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy och Ganfeng Lithium Industry småskaliga pilotproduktionslinjer för halvfasta litiumbatterier 2019.I september 2021 klarade Jiangsu Qingtao 368Wh/kg solid-state litiumbatteri den nationella certifieringen för stark inspektion, som visas i tabell 2.
Tabell 2 Solid-state batteriproduktionsplaner för större företag
Processanalys av oxidbaserade solid-state litiumbatterier, varmpressningsprocessen är en ny länk
Den svåra bearbetningstekniken och höga produktionskostnaderna har alltid begränsat den industriella utvecklingen av solid-state litiumbatterier. Processförändringarna för solid-state litiumbatterier återspeglas huvudsakligen i cellberedningsprocessen, och deras elektroder och elektrolyter har högre krav på tillverkningsmiljön, som visas i tabell 3.
Tabell 3 Processanalys av oxidbaserade solid-state litiumbatterier
1. Introduktion av typisk utrustning – varmpress för laminering
Modellfunktionsintroduktion: Lamineringsvarmpressen används huvudsakligen i syntesprocesssektionen av helt solida litiumbattericeller. Jämfört med det traditionella litiumbatteriet är varmpressningsprocessen en ny länk och vätskeinsprutningslänken saknas. högre krav.
Automatisk produktkonfiguration:
• Varje station måste använda 3~4-axliga servomotorer, som används för laminering respektive limning;
• Använd HMI för att visa värmetemperaturen, värmesystemet behöver ett PID-styrsystem, vilket kräver en högre temperaturgivare och kräver en större mängd;
• Styrenhetens PLC har högre krav på reglernoggrannhet och kortare cykelperiod. I framtiden bör denna modell utvecklas för att uppnå ultrahöghastighets varmpressningslaminering.
Utrustningstillverkare inkluderar: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd., och Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Introduktion av typisk utrustning – gjutmaskin
Modellfunktionsintroduktion: Den blandade pulveruppslamningen tillförs gjuthuvudet genom den automatiska matningssystemets enhet och appliceras sedan med skrapa, rulle, mikrokonkav och andra beläggningsmetoder enligt processkraven och torkas sedan i torktunneln. Bastejpen tillsammans med den gröna kroppen kan användas för återlindning. Efter torkning kan den gröna kroppen skalas av och trimmas, och sedan skäras till den bredd som specificeras av användaren för att gjuta ett filmmaterialämne med viss styrka och flexibilitet.
Automatisk produktkonfiguration:
• Servo används huvudsakligen för åter- och avlindning, korrigering av avvikelser, och spänningsregulator krävs för att justera spänningen vid tillbaka- och avlindningsplatsen;
• Använd HMI för att visa värmetemperatur, värmesystemet behöver PID-kontrollsystem;
• Fläktens ventilationsflöde måste regleras av en frekvensomformare.
Utrustningstillverkare inkluderar: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Introduktion av typisk utrustning – sandkvarn
Modellfunktionsintroduktion: Den är optimerad för användning av små slippärlor, från flexibel dispersion till ultrahög energislipning för effektivt arbete.
Automatisk produktkonfiguration:
• Sandkvarnar har relativt låga krav på rörelsekontroll, använder i allmänhet inga servon, utan använder vanliga lågspänningsmotorer för slipproduktionsprocessen;
• Använd frekvensomvandlaren för att justera spindelhastigheten, som kan styra slipningen av material vid olika linjära hastigheter för att möta de olika slipfinhetskraven för olika material.
Utrustningstillverkare inkluderar: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. och Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Posttid: 18 maj 2022