Nedavno je izvješće CCTV-a o “punjenju jedan sat i čekanju u redu četiri sata” izazvalo žestoke rasprave.Problemi s trajanjem baterije i punjenjem novih energetskih vozila ponovno su postali vruća tema za sve.Trenutno, u usporedbi s tradicionalnim tekućim litijskim baterijama, čvrste litijske baterijes većom sigurnošću, većom gustoćom energije, duljim trajanjem baterije i širim područjima primjeneInsajderi industrije široko ga smatraju smjerom budućeg razvoja litijevih baterija.Tvrtke se također natječu za izgled.
Iako se litij baterija u čvrstom stanju ne može komercijalizirati u kratkom roku, proces istraživanja i razvoja tehnologije litijske baterije u čvrstom stanju od strane velikih tvrtki u posljednje vrijeme postaje sve brži i brži, a potražnja na tržištu može potaknuti masovnu proizvodnju čvrstih baterija. stanje litijske baterije prije roka.Ovaj će članak analizirati razvoj tržišta litijskih baterija u čvrstom stanju i proces pripreme litijevih baterija u čvrstom stanju te će vas odvesti u istraživanje mogućnosti tržišta automatizacije koje postoje.
Solid-state litijeve baterije imaju znatno bolju gustoću energije i toplinsku stabilnost od tekućih litijskih baterija
Posljednjih godina stalne inovacije u nizvodnom polju primjene postavile su sve veće i veće zahtjeve za industriju litijskih baterija, a tehnologija litijskih baterija također se kontinuirano poboljšavala, krećući se prema većoj specifičnoj energiji i sigurnosti.Iz perspektive razvojnog puta tehnologije litijskih baterija, gustoća energije koju tekuće litijske baterije mogu postići postupno se približila svojoj granici, a litijeve baterije u čvrstom stanju bit će jedini način za razvoj litijskih baterija.
Prema „Tehničkom planu za uštedu energije i nova energetska vozila“, ciljna gustoća energije baterija je 400 Wh/kg 2025. i 500 Wh/kg 2030.Kako bi se postigao cilj do 2030., postojeća tehnološka ruta tekućih litijskih baterija možda neće moći preuzeti odgovornost.Teško je probiti gornju granicu gustoće energije od 350Wh/kg, ali gustoća energije litijskih baterija u čvrstom stanju može lako premašiti 350Wh/kg.
Potaknuta tržišnom potražnjom, zemlja također pridaje veliku važnost razvoju litijevih baterija čvrstog stanja.U „Planu razvoja industrije novih energetskih vozila (2021. – 2035.)” (Nacrt za komentiranje) objavljenom u prosincu 2019., predlaže se jačanje istraživanja i razvoja te industrijalizacija litijevih baterija u čvrstom stanju i povećanje broja litijevih baterija u čvrstom stanju na nacionalnu razinu, kao što je prikazano u tablici 1.
Tablica 1. Usporedna analiza tekućih baterija i baterija u čvrstom stanju
Ne samo za nova energetska vozila, industrija skladištenja energije ima širok prostor za primjenu
Pod utjecajem promicanja nacionalnih politika, brzi razvoj industrije novih energetskih vozila omogućit će širok razvojni prostor za litijeve baterije u čvrstom stanju.Osim toga, potpuno solid-state litijeve baterije također su prepoznate kao jedan od novih tehnoloških pravaca za koje se očekuje da će probiti usko grlo tehnologije elektrokemijske pohrane energije i zadovoljiti buduće razvojne potrebe.Što se tiče elektrokemijskog skladištenja energije, litijeve baterije trenutno čine 80% elektrokemijskog skladištenja energije.Kumulativni instalirani kapacitet skladišta elektrokemijske energije u 2020. iznosi 3269,2 MV, što je povećanje od 91% u odnosu na 2019. U kombinaciji sa smjernicama za energetski razvoj zemlje, potražnja za skladištenjem elektrokemijske energije na strani korisnika, objekti povezani s mrežom obnovljive energije i očekuje se da će druga polja dovesti do brzog rasta, kao što je prikazano na slici 1.
Prodaja i rast novih energetskih vozila od siječnja do rujna 2021. Kumulativni instalirani kapacitet i stopa rasta projekata skladištenja kemijske energije u Kini od 2014. do 2020.
Slika 1. Prodaja i rast novih energetskih vozila;kumulativni instalirani kapacitet i stopa rasta projekata skladištenja kemijske energije u Kini
Poduzeća ubrzavaju proces istraživanja i razvoja, a Kina općenito preferira oksidne sustave
Posljednjih su godina tržište kapitala, tvrtke za proizvodnju baterija i velike automobilske tvrtke počele pojačavati istraživanje litijskih baterija u čvrstom stanju, nadajući se da će dominirati konkurencijom u tehnologiji baterija sljedeće generacije.Međutim, prema trenutačnom napretku, trebat će 5-10 godina da litijske baterije u potpunom stanju postanu zrele u znanstvenoj i proizvodnoj tehnologiji prije masovne proizvodnje.Međunarodne glavne automobilske tvrtke kao što su Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai itd. povećavaju svoja ulaganja u istraživanje i razvoj u tehnologiju litijskih baterija čvrstog stanja;u pogledu tvrtki za baterije, CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD, itd. također nastavljaju s razvojem.
Potpuno krute litijeve baterije mogu se podijeliti u tri kategorije prema elektrolitskim materijalima: polimerne litijeve baterije u čvrstom stanju, sulfidne litijeve baterije u čvrstom stanju i oksidne litijeve baterije u čvrstom stanju.Polimerna litijeva baterija u čvrstom stanju ima dobre sigurnosne performanse, sulfidna litijeva baterija u čvrstom stanju je jednostavna za obradu, a oksidna litijeva baterija u čvrstom stanju ima najveću vodljivost.Trenutačno europske i američke tvrtke preferiraju oksidne i polimerne sustave;Japanske i korejske tvrtke predvođene Toyotom i Samsungom više su zainteresirane za sulfidne sustave;Kina ima istraživače u sva tri sustava i općenito preferira oksidne sustave, kao što je prikazano na slici 2.
Slika 2. Proizvodni raspored čvrstih litijevih baterija tvrtki za proizvodnju baterija i velikih automobilskih kompanija
Iz perspektive napretka u istraživanju i razvoju, Toyota je prepoznata kao jedan od najmoćnijih igrača na području litijevih baterija čvrstog stanja u stranim zemljama.Toyota je prvi put predložila relevantne razvoje 2008. kada je surađivala s Ilikom, pokretačem litijskih baterija u čvrstom stanju.U lipnju 2020. Toyotina električna vozila opremljena potpuno čvrstim litijevim baterijama već su provela testove vožnje na testnoj ruti.Sada je došlo do faze dobivanja podataka o vožnji vozila.U rujnu 2021. Toyota je objavila da će do 2030. uložiti 13,5 milijardi dolara u razvoj baterija sljedeće generacije i lanaca opskrbe baterijama, uključujući litijeve baterije u čvrstom stanju.U zemlji, Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy i Ganfeng Lithium Industry uspostavili su male pilot proizvodne linije za polučvrste litijeve baterije 2019.U rujnu 2021., Jiangsu Qingtao 368Wh/kg čvrsta litijeva baterija prošla je certifikaciju nacionalne jake inspekcije, kao što je prikazano u tablici 2.
Tablica 2 Planovi proizvodnje poluprovodničkih baterija velikih poduzeća
Analiza procesa čvrstih litijevih baterija na bazi oksida, postupak vrućeg prešanja nova je poveznica
Teška tehnologija obrade i visoki troškovi proizvodnje uvijek su ograničavali industrijski razvoj litijevih baterija čvrstog stanja.Promjene procesa litijevih baterija u čvrstom stanju uglavnom se odražavaju na proces pripreme ćelija, a njihove elektrode i elektroliti imaju veće zahtjeve za proizvodno okruženje, kao što je prikazano u tablici 3.
Tablica 3. Analiza procesa litijevih baterija u čvrstom stanju na bazi oksida
1. Uvođenje tipične opreme – vruća preša za kaširanje
Uvod u funkciju modela: Vruća preša za laminiranje uglavnom se koristi u odjeljku procesa sinteze potpuno čvrstih litijevih baterijskih ćelija.U usporedbi s tradicionalnom litijskom baterijom, postupak vrućeg prešanja je nova karika, a nedostaje karika za ubrizgavanje tekućine.viši zahtjevi.
Automatska konfiguracija proizvoda:
• Svaka stanica treba koristiti 3~4 osne servo motore, koji se koriste za laminiranje laminiranje i lijepljenje;
• Koristite HMI za prikaz temperature grijanja, sustav grijanja treba PID sustav regulacije, koji zahtijeva senzor više temperature i zahtijeva veću količinu;
• Kontroler PLC ima veće zahtjeve u pogledu točnosti upravljanja i kraćeg perioda ciklusa.U budućnosti bi se ovaj model trebao razviti kako bi se postigla laminacija vrućim prešanjem ultra velike brzine.
Proizvođači opreme uključuju: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. i Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Uvođenje tipske opreme – stroj za lijevanje
Uvod u funkciju modela: miješana praškasta smjesa dovodi se u glavu za lijevanje kroz uređaj za automatski sustav za hranjenje, a zatim se nanosi strugačem, valjkom, mikrokonkavnim i drugim metodama premazivanja prema zahtjevima procesa, a zatim se suši u tunelu za sušenje.Osnovna traka zajedno sa zelenim tijelom može se koristiti za premotavanje.Nakon sušenja, zeleno tijelo se može oguliti i podrezati, a zatim izrezati na širinu koju odredi korisnik kako bi se izlio prazan filmski materijal određene čvrstoće i fleksibilnosti.
Automatska konfiguracija proizvoda:
• Servo se uglavnom koristi za premotavanje i odmotavanje, ispravljanje odstupanja, a regulator napetosti je potreban za podešavanje napetosti na mjestu premotavanja i odmotavanja;
• Koristite HMI za prikaz temperature grijanja, sustav grijanja treba PID sustav upravljanja;
• Ventilacijski protok ventilatora mora se regulirati frekvencijskim pretvaračem.
Proizvođači opreme uključuju: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.
3. Uvođenje tipske opreme – mlin na pijesak
Predstavljanje funkcije modela: Optimiziran je za upotrebu sitnih zrnaca za mljevenje, od fleksibilne disperzije do mljevenja ultra visoke energije za učinkovit rad.
Automatska konfiguracija proizvoda:
• Mlinovi za pijesak imaju relativno niske zahtjeve za upravljanjem kretanjem, općenito ne koriste servo motore, već koriste obične niskonaponske motore za proizvodni proces brušenja;
• Upotrijebite pretvarač frekvencije za podešavanje brzine vretena, čime se može kontrolirati mljevenje materijala pri različitim linearnim brzinama kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi finoće mljevenja različitih materijala.
Proizvođači opreme uključuju: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. i Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Vrijeme objave: 18. svibnja 2022