Ideale scheinen in die Realität: All-Solid-State-Batterien werden massenproduziert

Vor dem Hintergrund der globalen Energieumwandlung entwickeln sich rasant neue Energietechnologien. All-Solid-State-Batterien als vielversprechende Batterie-Technologie der nächsten Generation werden nach und nach im Mittelpunkt der Branche. Kürzlich haben Autohersteller wie Changan Automobile und BYD den Installationsplan von All-Solid-State-Batterien angekündigt, was darauf hinweist, dass sich der Vermarktungsprozess von All-Solid-State-Batterien beschleunigt.

All-Solid-State-Batterien beziehen sich auf Lithium-Ionen-Batterien, die Festkörperelektrolyte verwenden. In Bezug auf die Arbeitsprinzipien unterscheiden sie sich nicht von traditionellen Lithiumbatterien, aber ihre Kern-Solid-State-Elektrolyte bieten ihnen viele Vorteile gegenüber traditionellen flüssigen Lithiumbatterien.

In Bezug auf die Sicherheitsleistung ist der Elektrolyt herkömmlicher flüssiger Lithiumbatterien brennbar und flüchtig, was eine wichtige Ursache für Brände und sogar Explosionen von Elektrofahrzeugen ist. Der in All-Solid-State-Batterien verwendete feste Elektrolyt ist nicht brennbar, was das Risiko einer Verbrennung und Explosion der Batterie erheblich verringert und die Sicherheit erheblich verbessert. Beispielsweise können einige Festkörperbatterien hohen Temperaturen von 1, 000 Grad standhalten, und können weiterhin Strom liefern, selbst wenn eine Ecke geschnitten wird.

In Bezug auf die Energiedichte haben All-Solid-State-Batterien offensichtliche Vorteile. Die Energiedichte traditioneller Lithiumbatterien hat sich nach und nach an einen Engpass gewandt. Die Energiedichte von Lithium -Eisen -Phosphat -Batterien beträgt 150-210 WH/kg, und die Obergrenze der ternären Lithiumbatterien beträgt ca. 350 wh/kg. Die Energiedichte von All-Solid-State-Batterien wird voraussichtlich mehr als 500 wh/kg erreichen. Zum Beispiel kann die Energiendichte des von Changan Automobile entwickelten Jinzhongzhao-All-Solid-State-Batterie 400WH/kg erreichen, und der Kreuzfahrtbereich übersteigt 1.500 Kilometer, wenn sie vollständig aufgeladen ist, was die Sortimentsangst erheblich lindert. Gleichzeitig können feste Elektrolyte höhere Spannungen standhalten, und das Batterievolumen kann weiter reduziert werden, was die Ladegeschwindigkeit erheblich verbessert, und es wird erwartet, dass sie nach 10 Minuten nach dem Ladevorgang einen Kreuzfahrtbereich von 000 Kilometern erreichen.

In Bezug auf die Zyklusstabilität und die Leistung mit hoher und niedriger Temperatur können auch All-Solid-State-Batterien gut abschneiden. Seine Zyklusdauer kann mehr als 10, 000 -Fachen erreichen, was viel höher ist als ternäre Lithiumbatterien und Lithium -Eisen -Phosphat -Batterien, und es kann eine gute Leistung in hohen und niedrigen Temperaturumgebungen aufrechterhalten, wodurch das Problem des langsamen Lades und des schnellen Stromverlusts der traditionellen Lithiumbatterien im Winter effektiv gelöst wird.

Gegenwärtig gibt es drei technische Mainstream-Routen für Festkörperbatterien: Polymere, Oxide und Sulfide.

Polymerelektrolyte gehören zur Kategorie der organischen Elektrolyte. Sie sind flexibel, haben gute mechanische Eigenschaften, sind leicht zu verarbeiten und zu bilden, sind stark kompatibel mit vorhandenen Produktionsprozessen für flüssige Elektrolyt, sind leicht zu dünne Filme in großem Maßstab zuzubereiten und haben eine kleine Massenproduktion erreicht. Ihre Leitfähigkeit ist jedoch bei Raumtemperatur niedrig, normalerweise zwischen 10 ° und 10 ° C/cm, und sie müssen auf über 60 Grad erhitzt werden, um ordnungsgemäß zu arbeiten. Sie haben ein schmales elektrochemisches Fenster und eine relativ schlechte thermische Stabilität.

Oxidelektrolyte sind in Luft stabil, haben eine ausgezeichnete thermische Stabilität, können hohen Temperaturen über 600 Grad standhalten, eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen, das Wachstum von Lithiumdendriten wirksam hemmen und für positive Elektrodenmaterialien mit hoher Spannung geeignet sind. Die F & E -Kosten und die Schwierigkeit sind relativ niedrig. Es hat jedoch auch das Problem der niedrigen ionischen Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeit bei Raumtemperatur liegt im Allgemeinen zwischen 10 ° und 10⁻³s/cm, was durch Hochtemperatursintern oder Hinzufügen von Flüssigelektrolyten verbessert werden muss, und die Grenzflächenimpedanz mit der Elektrode ist hoch, was zu einer Kurzzykluslebensdauer führt.

Sulfidelektrolyte haben eine hervorragende Leistung und die höchste ionische Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeit bei Raumtemperatur kann 10⁻²s/cm erreichen, was nahe am Niveau der Flüssigelektrolyte liegt. Sie unterstützen schnelles Laden und Entladungen, und die theoretische Energiedichte übersteigt 500 wh/kg. Sie sind mit Lithium -Metall -negativen Elektroden kompatibel, haben eine gute thermische Stabilität, sind weich in der Textur und haben eine starke Plastizität. Sie haben jedoch eine schlechte chemische Stabilität und sind leicht mit Feuchtigkeit und Sauerstoff in der Luft zu reagieren, um toxisches Schwefelwasserstoffsulfidgas zu erzeugen. Sie sind schwer vorzubereiten und haben hohe Produktionskosten.

Weltweit haben viele Unternehmen in die Forschung und Entwicklung und Produktion von All-Solid-State-Batterien investiert und ihr Layout beschleunigt. Die japanischen Autohersteller begannen früh in der Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien.
Toyota Motors startete bereits 2006 mit der Festkörperbatterieforschung und -entwicklung und kündigte kürzlich an, dass sie nach 2030 eine kleine Studienproduktion im Jahr 2026 und die Massenproduktion beginnen wird.
Honda Motors kündigte an, dass es im Januar 2025 die Testproduktion von All-Solid-State-Batterien für reine Elektrofahrzeuge starten wird. Nissan plant, in diesem Jahr in seinem Werk in Yokohama die Testproduktion von Solid-State-Batterien zu beginnen und Elektrofahrzeuge zu starten, die bis 2028 mit All-Solid-State-Batterien ausgestattet sind.

Chinesische Unternehmen sind auch nicht bereit, hinterher zurückzulassen. Catl hat eine Pilotproduktionslinie für All-Solid-State-Batterien gebaut und führt derzeit die Prozessoptimierung und die Produktüberprüfung durch. Es wird erwartet, dass sie 2027 in kleinem Maßstab in kleinem Maßstab in alle staatlichen Batterien produzieren.

BYD begann 2013 die Forschung und Entwicklung von All-Solid-State-Batterien und hat die Machbarkeitsüberprüfung der Industrialisierung der Festkörperbatterie begonnen, wobei die Durchbrüche der wichtigsten Materialtechnologie, die Entwicklung des Batteriezellsystems und die Konstruktion von Produktionslinien abdeckt. Es wird erwartet, dass die Massendemonstration und Installation von All-Solid-State-Batterien im Jahr 2027 beginnen und nach 2030 eine großflächige Kommerzialisierung erzielen.

Changan Automobile plant, 8 selbst entwickelte Batteriezellen zu starten, darunter flüssig, semi-solid und fest, bis 2030 funktionelle Prototypen im Jahr 2025 auf den Markt bringen und im Jahr 2027 allmählich mit All-Solid-State-Batterien zusammenstellen.

GAC AION kündigte an, dass es 2026 die Massenproduktion und Installation von All-Solid-State-Batterien erzielen und zunächst in seiner High-End-Marke Haobo installiert wird.

Chery Automobile plant, die Batterieanlagen für die All-Solid-State-Batterie im Jahr 2026 und die großflächige Massenproduktion im Jahr 2027 zu erreichen.

Die SAIC Group kündigte an, dass All-Solid-State-Batterien im Jahr 2026 in Massenproduktion hergestellt und geliefert werden.

Aus der Sicht der Industrie ist die Industriekette der Festkörperbatterie ähnlich der von Flüssigbatterien, die die vorgelagerte Rohstoffversorgung, die Batteriematerialien und die Herstellung von Batterien und die nachgeschalteten Anwendungsbereiche bedeckt. Der Upstream bietet hauptsächlich Metallressourcen wie Lithium, Kobalt und Nickel sowie Kernmaterialien für Festkörperelektrolyte. Es hat eine starke Ressourcenabhängigkeit, hohe technische Hindernisse und hohe Marktkonzentration. Der Midstream ist die Kernverbindung der Batterieforschung und -entwicklung und -herstellung. Die technologische Innovation ist die wichtigste treibende Kraft, hat jedoch Probleme mit komplexen Prozessen und hohem Kostendruck. Die nachgelagerten Anwendungsfelder sind breit und deckten neue Energiefahrzeuge, Energiespeicher, Unterhaltungselektronik und andere Bereiche mit starker politischer Unterstützung und enormem Marktpotential ab.

Obwohl All-Solid-State-Batterien weit verbreitete Aussichten haben, stehen sie auf dem Weg zur kommerziellen Massenproduktion immer noch viele Herausforderungen.

Auf der technischen Ebene gibt es zwar einige Fortschritte in festen Elektrolyten, positiven und negativen Elektrodenmaterialien usw., es gibt immer noch einige grundlegende wissenschaftliche Probleme und technische Probleme, die dringend gelöst werden müssen. Zum Beispiel, wie die ionische Leitfähigkeit fester Elektrolyte weiter verbessert, ihre Kompatibilität mit Lithiummetall und hohe spezifische Energieelektrodenmaterialien verbessern und eine kompatible und stabile Feststoff-Solid-Grenzfläche aufbauen. Unterschiedliche technische Routen haben auch eigene Mängel, wie die schlechte chemische Stabilität und Schwierigkeit der Herstellung von Sulfidelektrolyten und die niedrige ionische Leitfähigkeit von Oxidelektrolyten. Diese Probleme erfordern eine kontinuierliche F & E -Investition, um sie zu überwinden.

Die Kosten sind auch ein wichtiger Faktor, der die groß angelegte Anwendung von All-Solid-State-Batterien einschränkt. Gegenwärtig betragen die Kosten für flüssige Lithium-Ionen-Batterie-Monomere ungefähr 0. 5 Yuan pro Wattstunde, während die materiellen Kosten für Festkörperbatterien mehr als 2 Yuan pro Wattstunde ohne groß angelegte Massenproduktion betragen. Die Materialkosten eines {100- Kilowatt-Stunde-Akkus allein überschreiten 200, 000 Yuan, was viel höher ist als die vorhandenen Flüssigkeitsbatterien. Wenn Sie beispielsweise Sulfid-Festkörperbatterien einnehmen, ist das seltene Metallindium, das für seine Produktion benötigt wird, teuer, und die Herstellung von Lithiumsulfid-Vorläufern ist schwierig und kostspielig, was zu den hohen Gesamtkosten für Batterien führt.

Auf Marktebene benötigen Festkörperbatterien als neue Produkte eine gewisse Zeit, um Markterkennung und Akzeptanz zu erhalten. Obwohl sie Vorteile in Bezug auf die Energiedichte und Sicherheit haben, gibt es im Vergleich zu herkömmlichen Lithiumbatterien in Bezug auf die Zyklusdauer immer noch Verbesserungsraum. Obwohl einige Unternehmen eine Small-Batch-Stichprobenbereitstellung erhalten haben, haben sie außerdem keine stabilen Bestellungen aufgenommen, und es gibt Unsicherheiten in den tatsächlichen Anwendungsaussichten.

In der Zukunft wird erwartet, dass All-Solid-State-Batterien in vielen Bereichen eine wichtige Rolle spielen. Auf dem Gebiet neuer Energiefahrzeuge wird es den Fahrzeug -Reichweite, die Sicherheits- und Ladegeschwindigkeit des Fahrzeugs erheblich verbessern, die neue Energiefahrzeugindustrie auf ein höheres Niveau fördern und die Elektrifizierungsumwandlung der Automobilindustrie beschleunigen.

Auf dem Gebiet der Energiespeicherung ermöglichen die Merkmale der hohen Energiedichte und der Lebensdauer der Lebenszyklus von All-Solid-State-Batterien sie, Strom effizienter zu speichern, die Stromversorgung und -nachfrage auszugleichen und den großflächigen Zugang und den stabilen Betrieb erneuerbarer Energien stark zu unterstützen.

Im Bereich der Unterhaltungselektronik können All-Solid-State-Batterien Geräte dünner und langlebiger machen und die Benutzererfahrung verbessern.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie und der Entwicklung der Branche wird sich die Leistung von Batterien im All-Solid-Zustand weiter verbessern und die Kosten werden voraussichtlich allmählich sinken. Die kontinuierlichen Investitionen und die F & E vieler Unternehmen sowie die Förderung kollaborativer Innovationen zwischen Industrie, Wissenschaft und Forschung werden den technologischen Durchbruch und die Kommerzialisierung von All-Solid-State-Batterien beschleunigen. Auf politischer Ebene erhöhen Regierungen verschiedener Länder ständig ihre Unterstützung für neue Energietechnologien, die auch ein gutes politisches Umfeld für die Entwicklung der Batterieindustrie für All-Solid-State-Batterie schaffen.

Da die wichtigsten bestehenden Höhen des Wettbewerbs um die Batterie-Technologie der nächsten Generation sind, stehen Batterien im All-Solid-State-Batterien mit mehreren Herausforderungen wie Technologie, Kosten und Markt, aber sie haben eine glänzende Zukunft. In der Welle der globalen Energieumwandlung und des technologischen Fortschritts wird erwartet, dass All-Solid-State-Batterien die Kernkraft werden, um die Energiespeichertransformation zu fördern und eine neue Ära der Energiespeicherung einzubeziehen.