Le rythme des piles au lithium ternaires remplacées par des piles à semi-conducteurs s'accélère.
L’Institut de la technologie des matériaux et de l’ingénierie de l’Académie chinoise des sciences a récemment annoncé que le projet spécial «Toutes batteries à l’état solide» dirigé par le nano-plomb avait passé avec succès le test de réception.
Dès que cette nouvelle est parue, cela a immédiatement provoqué une énorme réaction dans le secteur des batteries.
Les initiés de l'industrie ont déclaré au premier réseau électrique: "Avec le tracé technique actuel de la batterie au lithium ternaire, l'objectif de 350Wh / kg pour la densité d'énergie de la batterie d'alimentation est pratiquement impossible à atteindre en cinq ans. De plus, même s'il est réalisé, la sécurité Le sexe ne peut pas être garanti, de sorte que la commercialisation des piles à semi-conducteurs aura un impact significatif sur l’avenir de l’électrification automobile.
En tant que cœur des véhicules électriques, la percée dans le domaine des batteries aura sans aucun doute un impact majeur sur le développement des batteries et même dans celui de l’automobile: les batteries à semi-conducteurs peuvent-elles remplacer immédiatement les batteries au lithium ternaires?
Défauts naturels des batteries au lithium ternaires: densité énergétique et stabilité contradictoires
"Une seule entreprise a eu 60 explosions de combustion de véhicules électriques l'année dernière." Lors du Forum Chine-Japon-Corée sur le lithium, le directeur du Laboratoire de recherche sur les matériaux et les technologies de l'énergie de l'Université de Pékin a révélé que le professeur Lu.
Son professeur estime que la batterie au lithium ternaire présente de nombreux défauts et que la question de la sécurité est très préoccupante. "En termes de structure chimique et de structure de batterie, le matériau ternaire est très sensible à la chaleur. Si la chaleur ne peut pas être conduite à temps, Il y a un risque d'explosion de la batterie, mais à ce stade, il n'y a pas de solution parfaite pour la sécurité et la fiabilité de la batterie.
Outre la sécurité, en termes d'augmentation de l'angle d'endurance des véhicules électriques, la densité d'énergie unique des batteries au lithium ternaires approche de la limite, et il est difficile de la rompre. "Qu'il s'agisse de la politique de l'industrie ou de la demande du marché, les véhicules à énergie nouvelle ont des exigences élevées en matière de densité énergétique des batteries. Dans le système technologique existant, seuls les matériaux au nickel ou le CA peuvent être ajoutés, mais Une haute stabilité en nickel a une faible stabilité thermique. Par conséquent, une fois la densité d'énergie d'une batterie conventionnelle augmentée, la stabilité diminue. La réaction thermique interne de la batterie est très intense et la sécurité devient un problème majeur.
Pour cette raison, Xiao Chengwei, un expert du groupe national d'experts du Plan national «863» pour la conservation de l'énergie et les véhicules à énergie nouvelle, a déclaré publiquement que la batterie lithium-ion ternaire avait connu le «plafond» de densité d'énergie, de teneur élevée en nickel, de carbone. La cellule de batterie au lithium de l’électrode négative en silicium devrait avoir une densité d’énergie maximale d’environ 300Wh / kg, et les positifs et négatifs ne devraient pas dépasser 20Wh / kg.
Selon la feuille de route nationale sur la technologie des batteries de puissance, l'objectif de densité d'énergie unique pour les batteries au lithium-ion en 2020 est de 350Wh / kg, objectif qui n'a pas été atteint du point de vue actuel.
Afin de garantir la densité d'énergie élevée et la sécurité de la batterie d'alimentation, le développement du développement de batteries à l'état solide a apporté de la lumière et de la lumière à l'industrie.
Les entreprises nationales et étrangères se font concurrence pour les tendances en matière de mise en page et de batteries à semi-conducteurs
Comme leur nom l'indique, les batteries à semi-conducteurs utilisent des électrodes solides et des électrolytes solides, ces électrolytes étant ininflammables, non corrosifs, non volatiles, sans fuite et capables de résister au lithium. Le phénomène dendritique, même s'il est chauffé à une température très élevée, ne s'enflamme pas, il est donc plus sûr: la voiture avec une batterie au lithium entièrement solide aura une probabilité beaucoup plus faible de combustion spontanée. Objet idéal.
À l’heure actuelle, de plus en plus d’entreprises et d’instituts de recherche nationaux et étrangers se concentrent sur les batteries au lithium entièrement solides, et de nombreux constructeurs ont annoncé leur intention de construire des véhicules électriques à base de batteries à semi-conducteurs, par exemple Volkswagen dans le but de développer une batterie solide de 1 000 km. Toyota Motor devrait achever ses travaux de recherche et développement sur les batteries à semi-conducteurs en 2022 et envisage de réaliser une production de masse en 2030; le ministère de l'Économie et de l'Economie du Japon a annoncé une contribution de 1,6 milliard de yens en 2017, conjointement avec Toyota, Honda, Nissan, Panasonic, GS Yuasa, Toray, Asahi Kasei, Mitsui Chemicals, Mitsubishi Chemical et d’autres forces de la chaîne industrielle nationale, développent conjointement des batteries à semi-conducteurs et espèrent atteindre 800 kilomètres d’endurance en 2030.
L’académicien Ouyang Minggao, expert principal de la technologie clé nationale des véhicules à énergies nouvelles, a également souligné que de nombreux instituts de recherche et entreprises nationales œuvraient dans le domaine des batteries à semi-conducteurs.L’Institut Ningbo de la science des matériaux et de la technologie de l’Académie chinoise des sciences coopérait avec Yanfeng Lithium Industry pour promouvoir son industrialisation. Production en masse de batteries à l'état solide.
En tant que «cœur» des véhicules à énergie nouvelle, la batterie de puissance déterminera sans aucun doute l'avenir de nouveaux véhicules à énergie.Les spécialistes du secteur estiment généralement que le développement futur des batteries de puissance consiste en électrolytes à partir de liquide, semi-solide, solide-liquide mélangé à solide, et qu'il atteindra finalement tous les états solides. Le processus a incité les startups, les universités et Tesla, ainsi que d’autres géants renommés, à investir dans la technologie des batteries et à mener des recherches dans ce domaine.
Le calendrier de Toyota est relativement fiable et il faudra peut-être attendre la production de batteries à semi-conducteurs jusqu'en 2030.
Cependant, les batteries à semi-conducteurs veulent être développées plus avant et de nombreux problèmes doivent encore être résolus.
Zhou Nan a déclaré au premier électricien: "L'électrolyte solide est la clé du développement des batteries à semi-conducteurs. Les batteries à semi-conducteurs ne sont pas infiltrées par des liquides et n'ont pas besoin de diaphragme. Elles utilisent uniquement un électrolyte solide comme séparateur et sont placées dans les pièces polaires positive et négative. Le matériau des matériaux métalliques devient particulièrement critique.
Les matériaux électrolytiques sont au cœur de la technologie des batteries au lithium entièrement solides. Actuellement, la recherche sur les électrolytes solides porte principalement sur trois types de matériaux: les polymères, les oxydes et les sulfures. Les polymères ont de bonnes performances à haute température et sont utilisés dans le commerce, le cycle des oxydes. De bonnes performances, adaptées à la structure de film flexible, la conductivité des sulfures étant la plus élevée, est la principale direction dans le futur.
Cependant, il reste plusieurs problèmes spécifiques à surmonter:
Tout d'abord, la conductivité de l'interface, la conductivité de la batterie à l'état solide doit être maintenue à un niveau approprié, ni trop élevé, ni trop bas, de tels matériaux sont très difficiles à développer.
Deuxièmement, aucun matériau composite ne peut être considéré à la fois comme une charge rapide et une charge rapide: les matériaux à électrolyte solide utilisés à présent ne peuvent répondre à aucune des caractéristiques.
Un initié de l'industrie qui ne voulait pas être nommé a exprimé le même point de vue: "L'électrolyte solide présente une résistance électrique élevée. Il reste encore quelques problèmes à résoudre en termes de densité de puissance. Il est nécessaire de commencer par les électrolytes solides et les matériaux positifs et négatifs. La conductivité, le taux de charge de la batterie, l'efficacité de la préparation de la batterie et le contrôle des coûts ne sont pas un mince défi: une fois que ces problèmes pourront être résolus efficacement, une nouvelle révolution de la batterie va sûrement commencer dans le futur.
En raison des nombreuses difficultés rencontrées, combien de temps faut-il pour que les batteries à semi-conducteurs soient pleinement utilisées dans les véhicules à énergie nouvelle?
Ouyang Minggao a déclaré qu'il était prévu que toutes les batteries au lithium à l'état solide perceraient entre 2025 et 2030. En mai de cette année, Shinzuo Abe, directeur général de Toyota Powertrain Division, a révélé: 'Toyota s'attend à fabriquer des batteries à l'état solide après 2020 Toutefois, si vous souhaitez réaliser une production de masse de batteries à l'état solide, vous devez toujours attendre jusqu'en 2030. '
Zhou Nan, qui est profondément impliqué dans l'industrie des batteries depuis plus de dix ans, a déclaré au premier électricien: "D'après l'expérience du passé, le plan de Toyota et la situation actuelle sont fondamentalement les mêmes. Peut-être qu'au cours des dernières années, L'introduction de batteries à l'état solide, mais la capacité spécifique est de savoir comment, le coût ne peut pas s'adapter au marché, mais aussi de jouer un grand point d'interrogation.
