Нещодавно повідомлення CCTV про «заряджання протягом однієї години та стояння в черзі протягом чотирьох годин» викликало бурхливі дискусії.Питання терміну служби батареї та зарядки автомобілів з новою енергією знову стали актуальними для всіх.В даний час, у порівнянні з традиційними рідкими літієвими батареями, твердотільні літієві батареїз вищою безпекою, більшою щільністю енергії, довшим терміном служби акумулятора та ширшими сферами застосуванняінсайдери галузі широко розглядають як напрямок майбутнього розвитку літієвих батарей.Компанії також змагаються за макет.
Незважаючи на те, що твердотільну літієву батарею неможливо комерціалізувати в короткостроковій перспективі, процес досліджень і розробок технології твердотільних літієвих батарей великими компаніями останнім часом стає все швидшим і швидшим, і ринковий попит може сприяти масовому виробництву твердотільних літієвих батарей. стан літієвої батареї достроково.У цій статті буде проаналізовано розвиток ринку твердотільних літієвих батарей і процес підготовки твердотільних літієвих батарей, а також ви зможете вивчити існуючі можливості ринку автоматизації.
Твердотільні літієві батареї мають значно кращу щільність енергії та термічну стабільність, ніж рідкі літієві батареї
Останніми роками безперервні інновації в галузі застосування висувають все більш високі вимоги до промисловості літієвих акумуляторів, і технологія літієвих акумуляторів також постійно вдосконалювалася, рухаючись до більшої питомої енергії та безпеки.З точки зору шляху розвитку технології літієвих батарей, щільність енергії, яку можуть досягти рідкі літієві батареї, поступово наблизилася до своєї межі, і твердотільні літієві батареї будуть єдиним шляхом для розробки літієвих батарей.
Згідно з «Технічною дорожньою картою для енергозбереження та нових енерготранспортних засобів», цільова щільність енергії акумуляторів становить 400 Вт-год/кг у 2025 році та 500 Вт-год/кг у 2030 році.Щоб досягти мети до 2030 року, існуюча технологія рідкого літієвого акумулятора може не впоратися з відповідальністю.Важко подолати межу щільності енергії в 350 Вт-год/кг, але щільність енергії твердотільних літієвих батарей може легко перевищити 350 Вт-год/кг.
Керуючись ринковим попитом, країна також надає великого значення розробці твердотільних літієвих батарей.У «Плані розвитку індустрії нових енергетичних транспортних засобів (2021-2035)» (проект для коментарів), опублікованому в грудні 2019 року, пропонується посилити дослідження, розробки та індустріалізацію твердотільних літієвих батарей, а також збільшити кількість твердотільних літієвих батарей. до національного рівня, як показано в таблиці 1.
Таблиця 1. Порівняльний аналіз рідинних і твердотільних батарей
Індустрія зберігання енергії має широкий простір не лише для нових транспортних засобів, що працюють на енергії
Під впливом національної політики швидкий розвиток індустрії автомобілів з новою енергією забезпечить широкий простір для розвитку твердотільних літієвих батарей.Крім того, повністю твердотільні літієві батареї також визнаються одним із нових технологічних напрямків, який, як очікується, допоможе подолати вузьке місце електрохімічної технології зберігання енергії та задовольнити майбутні потреби розвитку.З точки зору накопичення електрохімічної енергії, на літієві батареї в даний час припадає 80% накопичуваної електрохімічної енергії.Сукупна встановлена потужність накопичувачів електрохімічної енергії у 2020 році становить 3269,2 МВ, що на 91% більше, ніж у 2019 році. У поєднанні з керівними принципами розвитку енергетики країни, попитом на накопичення електрохімічної енергії на стороні користувача, об’єкти, підключені до мережі відновлюваної енергії та Очікується, що в інших галузях розпочнеться швидке зростання, як показано на малюнку 1.
Продажі та зростання нових енерготранспортних засобів із січня по вересень 2021 року Сукупна встановлена потужність і темпи зростання проектів зберігання хімічної енергії в Китаї з 2014 по 2020 рік
Рисунок 1 Продажі та зростання нових транспортних засобів на енергії;сукупна встановлена потужність і темпи зростання проектів зберігання хімічної енергії в Китаї
Підприємства прискорюють процес досліджень і розробок, а Китай, як правило, віддає перевагу оксидним системам
В останні роки ринок капіталу, акумуляторні компанії та великі автомобільні компанії почали збільшувати дослідницьку схему твердотільних літієвих батарей, сподіваючись домінувати в конкуренції в технології живлення акумуляторів наступного покоління.Однак, згідно з поточним прогресом, знадобиться 5-10 років, щоб повністю твердотільні літієві батареї досягли наукової та виробничої зрілості перед масовим виробництвом.Міжнародні основні автомобільні компанії, такі як Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai тощо, збільшують свої інвестиції в науково-дослідні розробки в технології твердотільних літієвих батарей;Що стосується компаній-виробників батарей, CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD тощо також продовжують розвиватися.
Повністю твердотільні літієві батареї можна розділити на три категорії відповідно до матеріалів електроліту: полімерні твердотільні літієві батареї, сульфідні твердотільні літієві батареї та оксидні твердотільні літієві батареї.Полімерна твердотільна літієва батарея має хороші характеристики безпеки, сульфідна твердотільна літієва батарея проста в обробці, а оксидна твердотільна літієва батарея має найвищу провідність.В даний час європейські та американські компанії віддають перевагу оксидним і полімерним системам;Японські та корейські компанії на чолі з Toyota і Samsung більше зацікавлені в сульфідних системах;У Китаї є дослідники в усіх трьох системах, і зазвичай вони віддають перевагу оксидним системам, як показано на малюнку 2.
Малюнок 2 Схема виробництва твердотільних літієвих батарей акумуляторних компаній і великих автомобільних компаній
З точки зору прогресу в дослідженнях і розробках, Toyota визнана одним з найпотужніших гравців у галузі твердотільних літієвих акумуляторів за кордоном.Toyota вперше запропонувала відповідні розробки в 2008 році, коли вона співпрацювала з компанією Ilika, яка випускає твердотільні літієві батареї.У червні 2020 року електромобілі Toyota, оснащені повністю твердотільними літієвими батареями, вже провели випробування на тестовому маршруті.Зараз він досяг етапу отримання даних про водіння транспортного засобу.У вересні 2021 року Toyota оголосила, що до 2030 року інвестує 13,5 мільярдів доларів у розробку акумуляторів наступного покоління та ланцюгів поставок акумуляторів, включаючи твердотільні літієві батареї.На внутрішньому ринку Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy і Ganfeng Lithium Industry у 2019 році створили невеликі пілотні виробничі лінії для напівтвердих літієвих батарей.У вересні 2021 року твердотільна літієва батарея Jiangsu Qingtao ємністю 368 Вт·год/кг пройшла сертифікацію національного контролю, як показано в таблиці 2.
Таблиця 2 Плани виробництва твердотільних акумуляторів основних підприємств
Аналіз процесу твердотільних літієвих батарей на основі оксидів, процес гарячого пресування є новою ланкою
Складна технологія обробки та висока вартість виробництва завжди обмежували промисловий розвиток твердотільних літієвих батарей.Зміни процесу твердотільних літієвих батарей в основному відображаються в процесі підготовки елементів, а їхні електроди та електроліти мають вищі вимоги до виробничого середовища, як показано в таблиці 3.
Таблиця 3 Аналіз процесу твердотільних літієвих батарей на основі оксиду
1. Впровадження типового обладнання – ламінування гарячим пресом
Представлення функції моделі: гарячий прес для ламінування в основному використовується в секції процесу синтезу повністю твердих елементів літієвої батареї.У порівнянні з традиційною літієвою батареєю процес гарячого пресування є новою ланкою, а ланка впорскування рідини відсутня.підвищені вимоги.
Автоматичне налаштування продукту:
• Кожна станція повинна використовувати 3~4-осьові серводвигуни, які використовуються для ламінування ламінування та склеювання відповідно;
• Використовуйте HMI для відображення температури нагрівання, система опалення потребує системи ПІД-регулювання, яка потребує датчика вищої температури та потребує більшої кількості;
• ПЛК контролера має вищі вимоги до точності керування та меншого періоду циклу.У майбутньому ця модель повинна бути розроблена для досягнення надшвидкісного ламінування гарячим пресуванням.
Серед виробників обладнання: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. і Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Впровадження типового обладнання – ливарної машини
Представлення функції моделі: суспензія змішаного порошку подається до ливарної головки через пристрій автоматичної системи подачі, а потім наноситься скребком, роликом, мікроувігнутим та іншими методами покриття відповідно до вимог процесу, а потім сушиться в сушильному тунелі.Основну стрічку разом із зеленим корпусом можна використовувати для перемотування.Після висихання зелене тіло можна очистити від шкірки та обрізати, а потім розрізати на задану користувачем ширину, щоб відлити заготовку плівкового матеріалу з певною міцністю та гнучкістю.
Автоматичне налаштування продукту:
• Сервопривід в основному використовується для перемотування та розмотування, виправлення відхилення, а контролер натягу потрібен для регулювання натягу в місці перемотування та розмотування;
• Використовуйте HMI для відображення температури опалення, система опалення потребує системи ПІД-контролю;
• Потік вентиляції вентилятора необхідно регулювати частотним перетворювачем.
Серед виробників обладнання: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Впровадження типового обладнання – пісочного млина
Ознайомлення з функцією моделі: вона оптимізована для використання дрібних шліфувальних кульок, від гнучкої дисперсії до помелу з надвисокою енергією для ефективної роботи.
Автоматичне налаштування продукту:
• Пісочні млини мають відносно низькі вимоги до контролю руху, як правило, не використовують сервоприводи, а використовують звичайні низьковольтні двигуни для процесу виробництва піску;
• Використовуйте частотний перетворювач для регулювання швидкості шпинделя, який може контролювати подрібнення матеріалів на різних лінійних швидкостях, щоб відповідати різним вимогам до тонкості помелу різних матеріалів.
Серед виробників обладнання: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. і Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Час публікації: 18 травня 2022 р