全固体電池は寧徳時代を打ち負かすことができますか？

全固体電池は寧徳時代を打ち負かすことができますか？

「5分充電して2時間話せる」というスローガンの毒性は「メラトニン」に匹敵します。今日、このスローガンには自動車業界のバージョンもあります。「1分間充電し、800kmのバッテリー寿命」です。

2018年の初めに、外国のメディアがメッセージを発表しました。電気自動車ブランドのフィスカーは、最大寿命800 km、充電時間はわずか1分である固体リチウム電池の特許を申請しました。

新エネルギー車や電池の撤退に伴い、リチウム電池の価格は下落し、電池会社の売上総利益率は低下している。同時に、現在ほとんどの企業が開発しているリチウム電池は大幅に改善することができず、電気自動車を排除しています。 「マイレージ心配」

そのため、三元リチウム電池の3倍のエネルギー密度を持つ全固体電池が誕生し、寧徳時代を打ち負かすことができました。

2017年以降、全固体電池を開発した企業が誕生し、全固体電池は企業の研究のホットスポットになりました。

最近、ドイツのフォルクスワーゲングループは、QuantumScapeが共同で全固体電池を開発するために1億米ドルを投資したことを確認しました。フォルクスワーゲングループの研究責任者であるアクセルハインリッヒは、次のように述べています。

現在のさまざまな新しい電池システムでは、全固体電池は新しい固体電解質を使用して、現在の有機電解質とセパレーターを、高い安全性、高い体積エネルギー密度、およびさまざまな新しい高エネルギー電極システム（リチウム硫黄システムなど）に置き換えます。 、金属）。エアシステムなどは、適応性が広く、質量エネルギー密度をさらに向上させることができるため、次世代パワーバッテリーの究極のソリューションとなることが期待され、多くの研究機関や新興企業、一部の自動車会社に大きな懸念を呼んでいます。日本、米国、ドイツで。

全固体電池とは何ですか？

名前が示すように、バッテリー内のすべての材料は、液体または液体を含まない固体です。リチウムイオン電池は私たちの日常生活で最も一般的な電池であるため、通常、デフォルトでは全固体電池の代表として全固体リチウムイオン電池を使用します。したがって、この記事に記載されている全固体電池は、デフォルトの固体リチウムイオンです。電池。

中国で全固体電池の研究を主導しているLiHong教授とXuXiaoxiong教授によると、すべての全固体電池は、半固体（2018）、準固体（2020）、およびすべての3つの段階を経ます。 -固体（2022）。 ）。

現在、半固体技術、すなわち、液体電解質を補助しながら負極金属リチウムの保護層として使用される固体電解質を実現した。ただし、全固体電池はまだ実験段階であり、商品化することはできません。

記事の冒頭で述べたように、すべての全固体電池には、従来のリチウムイオン電池に比べて多くの利点があります。

小さいサイズ

バッテリーの体積エネルギー密度は、非常に重要な参照データです。応用分野によると、高いものから低いものへの要件は、家電>家庭用電気自動車>電気バスです。

従来のリチウムイオン電池では、セパレーターと電解質を使用する必要があり、これらを合わせると、電池の体積の約40％、質量の25％を占めます。固体電解質（主に有機および無機セラミック材料）に置き換えると、正と負の電極間の距離を数マイクロメートルから数十分の一マイクロメートルにまで短縮できるため、バッテリーの厚さを大幅に厚くすることができます。減少。

これは、全固体電池を使用した後、車は自重ほど重い電池を搭載しなくなり、道路を走行することを意味します。

2.高いセキュリティ

電気自動車の場合、バッテリーの安全性は非常に重要です。新エネルギー車の自己発火事故は止まらず、世界の新エネルギー車の最高峰であるテスラでさえ免除されていません。

従来のリチウムイオン電池は、長時間の充電や使用する有機液体電解質による内部短絡などの異常な有機状態により非常に熱くなり、電解液の膨潤、自然発火、さらには爆発を引き起こします。多くの無機固体電解質材料は、不燃性、非腐食性、不揮発性であり、漏れの問題はありません。ポリマー固体電解質は、可燃性溶媒を含む液体電解質と比較して、バッテリーの安全性が大幅に向上しています。

3.高エネルギー密度

固体電解質は一般に、小さなフレームのように広い電位窓を持っているため、より多くの高電圧カソード材料を取り付けることができます。全固体電池の小型化と安定性と相まって、電池管理が簡素化され、エネルギー密度が自然に増加します。

現在、全固体電池のエネルギー密度は約400Wh / Kgであり、推定最大電位値は900Wh / Kgであり、100％以上の改善の余地があります。

エネルギー密度が高いということは、バッテリーの耐久性が向上したことを意味します。現在、電気自動車の進歩を悩ませている要因の1つは、現在のバッテリー寿命を壊すことはできないということです。全固体電池を実現すれば、「走行距離の不安」を解消できます。記事の冒頭で1分間充電しても、800キロを終わらせることは不可能ではありません。

すべての全固体電池が「空に足を踏み入れる」ことができるわけではありません

全固体電池には多くの利点がありますが、ラボから出るのはそれほど簡単ではありません。

1つ目は、全固体電池のインターフェースインピーダンスが大きすぎることです。固体電解質と電極材料との界面は固体-固体状態であるため、電極と電解質との間の効果的な接触は弱く、固体中のイオンの輸送速度は低い。

2つ目は充電の問題です。電気自動車の所有者にとって、彼らは充電にもっと時間を無駄にしたくありません。ただし、全固体電池を使用すると、急速に充電するのが難しくなります。

バッテリーのインピーダンスと導電率は、内部抵抗が大きく、充電を妨げることを示しています。また、内部抵抗が大きいため、充電プロセス中にエネルギー損失が発生します。エネルギー浪費のこの部分は無視できません。さらに、全固体電池の材料は、充電および放電プロセス中に膨張または収縮する可能性があり、その結果、界面の分離が容易になります。

最も重要なコストの問題はこれに続きます。コストは商品化を妨げる最大の要因です。

現在、全固体リチウム電池の電解質は、主に有機と無機の2つの主要なシステムを持っており、コストは一般的に高いです。特に、CVD / PVDのような複雑なプロセスは多くの無機電池を準備し、製造（堆積膜）は遅くて高価です。単一セルは容量が小さく、自動車はもちろん、小型電子機器のバッテリーにのみ適していることがよくあります。

さらに、全固体電池の準備プロセスは十分に成熟しておらず、電池の使用状況データの収集は包括的ではありません。全固体電池の電解質製造においてのみ、固体-固体界面最適化の2つのコア問題の技術的未熟さは、固体電池のコストを高くするのに十分です。

また、全固体電池はまだ大規模な商品化には至っていません。

今年の資本市場における全固体電池の熱と同時に、業界は驚いています。ほとんどの人は、全固体電池を商品化するには時期尚早だと言います。

中国科学院の物理学研究所の研究者であるLiWei氏は、リチウム電池技術は一般に少なくとも15年を必要とするため、全固体電池を商品化するには十分な技術的予備力と研究開発チームが必要であると述べました。開発時間。

リチウム電池に投資しているジンバンキャピタルのパートナーであるワンロンジン氏は、デイリーエコノミックニュースに、彼が接触した研究開発要員のほとんどは全固体電池について悲観的であり、短期的に商品化するのは難しいと信じていると語った。

トヨタは早くも2010年に、全固体電池を使用し、最大1,000kmの航続距離を持つ電気自動車を発表しました。しかし、トヨタのスタッフはまた、トヨタの全固体電池がまだ実験段階にあることを認めました。

Li Wei氏は、現在の全固体電池の商品化について、「いわゆる全固体電池は、概念だけを見て、性能を知らない。セキュリティについて聞いただけで、安全性テストレポートはない」と説明した。彼は、公開データから、全固体電池の体系的なデータリリースはなく、燃料電池にはスタックのサイズ、電力、寿命などのシステムデータがあると述べました。これらのデータが公開されれば、このテクノロジーは成熟しています。

確かに、今日まで、多くの自動車会社は、この点に関していくつかの動きをしたことを示していますが、実際にデータを提供している会社はありません。

国内外の巨人が配置しました

大規模なバッテリーについては、自動車の大規模な商品化は現在の話題ではありませんが、多くの自動車会社、バッテリーサプライヤーなどがこの点で多大な努力を払ってきました。トヨタ、パナソニック、サムスン、三菱、国内のニンデ時代などの電池業界の大手企業は、全固体電池の予備研究開発を積極的に展開しています。

相対的に言えば、技術の成熟度は高く、技術はより深いものです。フランスのBolloré、米国のSakti3、日本のトヨタに属しています。これらの3つは、ポリマー、酸化物、硫化物の3つの固体電解質の典型的な技術開発の方向性も表しています。

ヨーロッパで有名なボロレは高分子電解質システムを使用し、サムスンは硫化物電解質システムを使用しています。ドイツの自動車部品大手ボッシュ（BOSCH）は、2015年に米国の電池会社「Seeo」を買収しました。ボッシュとSeeoは、有名な日本のGSYUASA電池会社と三菱重工業との間で、ソリッドステートアノードリチウムイオン電池に焦点を当てた新工場を設立しました。

自動車用バッテリーの分野では、日本企業が最前線に立っています。 2013年にはすでに世界市場シェアの70％を占めていましたが、2016年までにこの数字は41％に低下しています。現在、日本政府は全固体電池の研究開発を増やすことで市場の支配を取り戻すことを望んでいます。

2017年5月、日本の経済省は、トヨタ、ホンダ、日産、パナソニック、GSユアサ、東レ、旭化成、三井化学、三菱化学などの全固体電池を共同開発するために16億円を投資すると発表しました。 。 2030年には800キロメートルという目標が達成されることを望んでいました。

トヨタはまた、パナソニックとの全固体電池開発への協力を発表しました。 BMWは、ソリッドステートリチウム電池を開発するためのSolidPowerとの協力を発表しました。ボッシュと日本の有名なGSYUASA（Tangshhao）電池会社、および三菱重工業は共同で、固体アノードリチウムイオン電池に焦点を当てた新しい工場を設立しました。国内では、この点で外国にほとんど見捨てられていません。

全固体電池が正式に開発される前に、寧徳時代は世界の全固体電池会社について研究を行い、独自の開発方向を決定しました。 2016年10月、Ningde Times NewEnergyのDr.Liu Naは、ポリマー全固体リチウム金属電池と硫化物全固体電池の分野における寧徳時代のレイアウトと研究開発パスを紹介しました。

また、寧徳時代の開発過程では、全固体電池の製造にも関心があります。全固体電池の完全な製造プロセスは、従来のリチウムイオン製造プロセスとは異なり、新しい機器や新しいプロセスが必要です。したがって、プロセスの開発は寧徳時代にも実施されました。 。

また、2017年にはすでに全固体電池と固体電解質の開発を開始しているGuoxuan Hi-Techが、米国と日本で次世代のパワーバッテリーの生産と技術を開発していることを明らかにしました。国際的な第一線の車両ブランドとの協力。生産設備では、関連製品は半固体電池技術を使用します。企業はまた、固体電解質を含む上流の主要原材料の開発と工業化にも細心の注意を払います。

2018年3月、Guoxuan Hi-Techは投資家インタラクションプラットフォームで、同社の半固体電池技術は現在、研究所から研究所への転換段階にあると述べました。

世界的な電気自動車の急速な発展に伴い、全固体電池は自動車の耐久性を急速に向上させることができます。これは間違いなく将来の電池開発の必然的な方向性です。 「ダブルポイント政策」と補助金の二重の影響下で、電池業界の競争が激化することを意味し、これらの企業は次世代の電池技術、全固体電池以上に集中することを余儀なくされます。選択する。

さらに、全固体電池への投資と資金調達は、全固体電池の研究開発を客観的に促進し、業界と分野を刺激し、全固体電池への業界の重点を促進しました。

しかし、導電率、セルレート、バッテリー準備効率、および固体電解質のコスト管理に関しては、すべての固体バッテリーはまだ長い道のりがあります。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。