แบตเตอรี่โซลิดสเตตที่เกิดขึ้นอย่างเงียบๆ

เมื่อเร็ว ๆ นี้ รายงานของ CCTV เรื่อง “การชาร์จหนึ่งชั่วโมงและการเข้าคิวเป็นเวลาสี่ชั่วโมง” ทำให้เกิดการอภิปรายอย่างดุเดือด ปัญหาเรื่องอายุการใช้งานแบตเตอรี่และการชาร์จของรถยนต์พลังงานใหม่ กลายเป็นประเด็นร้อนสำหรับทุกคนอีกครั้ง ปัจจุบันเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมเหลวแบบดั้งเดิม แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตด้วยความปลอดภัยที่สูงขึ้น ความหนาแน่นของพลังงานที่มากขึ้น อายุแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้น และขอบเขตการใช้งานที่กว้างขึ้นพิจารณาอย่างกว้างขวางโดยคนในอุตสาหกรรมว่าเป็นทิศทางการพัฒนาในอนาคตของแบตเตอรี่ลิเธียม บริษัทต่างๆ ต่างก็แข่งขันกันเพื่อแย่งชิงเลย์เอาต์

แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตจะไม่สามารถจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ได้ในระยะสั้น แต่กระบวนการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตโดยบริษัทใหญ่ ๆ เริ่มเร็วขึ้นและเร็วขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ และความต้องการของตลาดอาจส่งเสริมการผลิตจำนวนมากของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต ระบุสถานะแบตเตอรี่ลิเธียมก่อนกำหนดบทความนี้จะวิเคราะห์การพัฒนาตลาดแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตและกระบวนการเตรียมแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต และพาคุณไปสำรวจโอกาสทางการตลาดอัตโนมัติที่มีอยู่

แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตมีความหนาแน่นของพลังงานและความเสถียรทางความร้อนได้ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเหลวอย่างมาก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในด้านการใช้งานขั้นปลายได้ก่อให้เกิดความต้องการที่สูงขึ้นเรื่อยๆ สำหรับอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม และเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง โดยมุ่งสู่พลังงานและความปลอดภัยเฉพาะที่สูงขึ้นจากมุมมองของเส้นทางการพัฒนาของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียม ความหนาแน่นของพลังงานที่แบตเตอรี่ลิเธียมเหลวสามารถบรรลุได้ค่อยๆเข้าใกล้ขีดจำกัด และแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตจะเป็นวิธีเดียวสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียม

ตาม “แผนงานทางเทคนิคสำหรับการประหยัดพลังงานและยานพาหนะพลังงานใหม่” เป้าหมายความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่พลังงานคือ 400Wh/กก. ในปี 2568 และ 500Wh/กก. ในปี 2573เพื่อให้บรรลุเป้าหมายในปี 2573 เส้นทางเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมเหลวที่มีอยู่อาจไม่สามารถแบกรับความรับผิดชอบได้ เป็นเรื่องยากที่จะทำลายเพดานความหนาแน่นของพลังงานที่ 350Wh/kg แต่ความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตสามารถเกิน 350Wh/kg ได้อย่างง่ายดาย

ขับเคลื่อนโดยความต้องการของตลาด ประเทศนี้ยังให้ความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตใน “แผนพัฒนาอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่ (2021-2035)” (ร่างความคิดเห็น) ที่เผยแพร่ในเดือนธันวาคม 2019 มีการเสนอเพื่อเสริมสร้างการวิจัยและพัฒนาและการพัฒนาอุตสาหกรรมของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต และยกระดับแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต ในระดับประเทศ ดังแสดงในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การวิเคราะห์เปรียบเทียบแบตเตอรี่ของเหลวและแบตเตอรี่โซลิดสเตต

ไม่เพียงแต่สำหรับรถยนต์พลังงานใหม่เท่านั้น อุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานยังมีพื้นที่การใช้งานที่กว้างขวางอีกด้วย

ด้วยอิทธิพลจากการส่งเสริมนโยบายระดับชาติ การพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมยานยนต์พลังงานใหม่จะทำให้เกิดพื้นที่การพัฒนาที่กว้างขวางสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตนอกจากนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดยังได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในทิศทางเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่คาดว่าจะทะลุผ่านคอขวดของเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเคมีไฟฟ้าและตอบสนองความต้องการการพัฒนาในอนาคตในแง่ของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมี ปัจจุบันแบตเตอรี่ลิเธียมคิดเป็น 80% ของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีกำลังการผลิตติดตั้งสะสมของการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีในปี 2563 อยู่ที่ 3,269.2MV เพิ่มขึ้น 91% จากปี 2562 เมื่อรวมกับแนวทางการพัฒนาพลังงานของประเทศ ความต้องการการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าเคมีในด้านผู้ใช้ สิ่งอำนวยความสะดวกที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายพลังงานทดแทน และ คาดว่าสาขาอื่นๆ จะเติบโตอย่างรวดเร็ว ดังแสดงในรูปที่ 1

ยอดขายและการเติบโตของรถยนต์พลังงานใหม่ตั้งแต่เดือนมกราคมถึงกันยายน 2564 กำลังการผลิตติดตั้งสะสมและอัตราการเติบโตของโครงการจัดเก็บพลังงานเคมีในประเทศจีนระหว่างปี 2557 ถึง 2563

รูปที่ 1 ยอดขายและการเติบโตของยานยนต์พลังงานใหม่ กำลังการผลิตติดตั้งสะสมและอัตราการเติบโตของโครงการจัดเก็บพลังงานเคมีในประเทศจีน

องค์กรต่างๆ เร่งกระบวนการวิจัยและพัฒนา และโดยทั่วไปแล้ว ประเทศจีนชอบระบบออกไซด์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตลาดทุน บริษัทแบตเตอรี่ และบริษัทรถยนต์รายใหญ่ต่างเริ่มเพิ่มรูปแบบการวิจัยของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต โดยหวังว่าจะครองการแข่งขันในเทคโนโลยีแบตเตอรี่พลังงานรุ่นต่อไปอย่างไรก็ตาม ตามความคืบหน้าในปัจจุบัน แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดจะใช้เวลาประมาณ 5-10 ปีจึงจะเติบโตในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการผลิตก่อนที่จะมีการผลิตเป็นจำนวนมากบริษัทรถยนต์กระแสหลักระดับนานาชาติ เช่น โตโยต้า โฟล์คสวาเกน บีเอ็มดับเบิลยู ฮอนด้า นิสสัน ฮุนได ฯลฯ กำลังเพิ่มการลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาในเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต ในแง่ของบริษัทแบตเตอรี่ CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD และอื่นๆ ก็กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่องเช่นกัน

แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทตามวัสดุอิเล็กโทรไลต์: แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตโพลีเมอร์ แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตซัลไฟด์ และแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตออกไซด์แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์โซลิดสเตตมีประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยที่ดี แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตซัลไฟด์นั้นง่ายต่อการประมวลผล และแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตออกไซด์มีค่าการนำไฟฟ้าสูงสุดปัจจุบัน บริษัทในยุโรปและอเมริกาชอบระบบออกไซด์และโพลีเมอร์ บริษัทญี่ปุ่นและเกาหลีที่นำโดยโตโยต้าและซัมซุงสนใจระบบซัลไฟด์มากกว่า ประเทศจีนมีนักวิจัยในทั้งสามระบบ และโดยทั่วไปชอบระบบออกไซด์ ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 รูปแบบการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตของบริษัทแบตเตอรี่และบริษัทรถยนต์รายใหญ่

จากมุมมองของความก้าวหน้าในการวิจัยและพัฒนา โตโยต้าได้รับการยอมรับว่าเป็นหนึ่งในผู้เล่นที่ทรงพลังที่สุดในด้านแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตในต่างประเทศ โตโยต้าเสนอการพัฒนาที่เกี่ยวข้องครั้งแรกในปี 2008 เมื่อร่วมมือกับ Ilika ซึ่งเป็นบริษัทสตาร์ทอัพแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตในเดือนมิถุนายน 2020 รถยนต์ไฟฟ้าของโตโยต้าที่ติดตั้งแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตทั้งหมดได้ทำการทดสอบการขับขี่บนเส้นทางทดสอบแล้วขณะนี้ได้มาถึงขั้นตอนการรับข้อมูลการขับขี่รถยนต์แล้วในเดือนกันยายน พ.ศ. 2564 โตโยต้าได้ประกาศว่าจะลงทุน 13.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี พ.ศ. 2573 เพื่อพัฒนาแบตเตอรี่เจเนอเรชั่นถัดไปและห่วงโซ่อุปทานของแบตเตอรี่ รวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตในประเทศ Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy และ Ganfeng Lithium Industry ได้ก่อตั้งสายการผลิตนำร่องขนาดเล็กสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมกึ่งแข็งในปี 2562ในเดือนกันยายน 2021 แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต Jiangsu Qingtao 368Wh/kg ผ่านการรับรองการตรวจสอบที่แข็งแกร่งระดับชาติ ดังแสดงในตารางที่ 2

ตารางที่ 2 แผนการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตขององค์กรขนาดใหญ่

การวิเคราะห์กระบวนการของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตที่ใช้ออกไซด์ กระบวนการรีดร้อนคือการเชื่อมโยงใหม่

เทคโนโลยีการประมวลผลที่ยากลำบากและต้นทุนการผลิตที่สูงมักจำกัดการพัฒนาทางอุตสาหกรรมของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตอยู่เสมอ การเปลี่ยนแปลงกระบวนการของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตส่วนใหญ่สะท้อนให้เห็นในกระบวนการเตรียมเซลล์ และอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่มีข้อกำหนดที่สูงกว่าสำหรับสภาพแวดล้อมการผลิต ดังแสดงในตารางที่ 3

ตารางที่ 3 การวิเคราะห์กระบวนการของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตที่ใช้ออกไซด์

1. การแนะนำอุปกรณ์ทั่วไป – เครื่องรีดร้อนแบบเคลือบ

การแนะนำฟังก์ชันแบบจำลอง: การกดร้อนแบบเคลือบส่วนใหญ่จะใช้ในส่วนกระบวนการสังเคราะห์ของเซลล์แบตเตอรี่ลิเธียมที่เป็นของแข็งทั้งหมด เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบเดิม กระบวนการกดร้อนคือการเชื่อมโยงใหม่ และการเชื่อมต่อการฉีดของเหลวหายไป ข้อกำหนดที่สูงขึ้น

การกำหนดค่าผลิตภัณฑ์อัตโนมัติ:

• แต่ละสถานีจำเป็นต้องใช้เซอร์โวมอเตอร์ 3~4 แกน ซึ่งใช้สำหรับการเคลือบลามิเนตและการติดกาวตามลำดับ

• ใช้ HMI เพื่อแสดงอุณหภูมิความร้อน ระบบทำความร้อนจำเป็นต้องมีระบบควบคุม PID ซึ่งต้องใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิที่สูงกว่าและต้องใช้ปริมาณที่มากขึ้น

• PLC ตัวควบคุมมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านความแม่นยำในการควบคุมและระยะเวลาวงจรที่สั้นลง ในอนาคต ควรพัฒนาโมเดลนี้เพื่อให้สามารถเคลือบลามิเนตด้วยความเร็วสูงพิเศษได้

ผู้ผลิตอุปกรณ์ ได้แก่ Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. และ Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. แนะนำอุปกรณ์ทั่วไป – เครื่องหล่อ

การแนะนำฟังก์ชันแบบจำลอง: สารละลายผงผสมถูกส่งไปยังหัวหล่อผ่านอุปกรณ์ระบบให้อาหารอัตโนมัติ จากนั้นนำไปใช้โดยมีดโกน ลูกกลิ้ง ไมโครเว้า และวิธีการเคลือบอื่น ๆ ตามความต้องการของกระบวนการ จากนั้นทำให้แห้งในอุโมงค์อบแห้ง สามารถใช้เทปฐานร่วมกับตัวเครื่องสีเขียวเพื่อกรอกลับได้ หลังจากการอบแห้ง ตัวสีเขียวสามารถลอกออกและตัดแต่งได้ จากนั้นตัดตามความกว้างที่ผู้ใช้กำหนดเพื่อหล่อวัสดุฟิล์มเปล่าด้วยความแข็งแรงและความยืดหยุ่น

การกำหนดค่าผลิตภัณฑ์อัตโนมัติ:

• เซอร์โวส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการกรอกลับและคลี่คลาย แก้ไขความเบี่ยงเบน และต้องใช้ตัวควบคุมความตึงเพื่อปรับความตึงที่ตำแหน่งกรอกลับและคลี่คลาย

• ใช้ HMI เพื่อแสดงอุณหภูมิความร้อน ระบบทำความร้อนต้องการระบบควบคุม PID;

• การไหลของการระบายอากาศของพัดลมต้องได้รับการควบคุมโดยตัวแปลงความถี่

ผู้ผลิตอุปกรณ์ ได้แก่: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – สาขา Xinbaohua Equipment

3. แนะนำอุปกรณ์ทั่วไป – โรงสีทราย

การแนะนำฟังก์ชันโมเดล: ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้เม็ดบีดเจียรขนาดเล็ก ตั้งแต่การกระจายแบบยืดหยุ่นไปจนถึงการเจียรพลังงานสูงเป็นพิเศษเพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพ

การกำหนดค่าผลิตภัณฑ์อัตโนมัติ:

• โรงสีทรายมีข้อกำหนดค่อนข้างต่ำสำหรับการควบคุมการเคลื่อนไหว โดยทั่วไปไม่ใช้เซอร์โว แต่ใช้มอเตอร์แรงดันต่ำธรรมดาสำหรับกระบวนการผลิตการขัด

• ใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อปรับความเร็วของแกนหมุน ซึ่งสามารถควบคุมการเจียรของวัสดุด้วยความเร็วเชิงเส้นที่แตกต่างกัน เพื่อตอบสนองความต้องการความละเอียดของการเจียรที่แตกต่างกันของวัสดุที่แตกต่างกัน

ผู้ผลิตอุปกรณ์ ได้แก่ Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. และ Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.