Výskyt buniek lítiových batérií v tuhom stave úplne prepísal vnímanie priemyslu, že „kvapalina elektrolyt=bezpečnostné riziko“. Ak sa tradičné kvapalné elektrolyty nahradia tuhými elektrolytmi, batériové bunky nielen dosahujú nulové zapaľovanie v testoch dierovania ihly a extrúzie, ale tiež vytvárajú hustotu energie až 400Wh/kg, čím sa stávajú hlavným smerom technológie novej generácie pre elektrické batérie.
1 „Tri kráľovstvá“ technologickej trasy: hra rôznych elektrolytov
Polymérny elektrolyt je založený na PEO (polyetylénoxid), s iónovou vodivosťou miestnosti iba 10 ⁻⁴ s/cm, ale má dobrú flexibilitu a je vhodný na spojenie s bunkami mäkkých balení. Prototyp batérie spoločnosti Toyota v pevnom stave prijíma tento roztok znížením hrúbky elektrolytu na 20 μm a kombinuje ho s vysokokapacitnou negatívnou elektródou na báze kremíka, čím sa dosiahne rýchle nabíjanie na 80% za 10 minút a rozsah viac ako 1 000 kilometrov. Jeho nízkoteplotná výkonnosť je však slabšia, s 50% znížením vodivosti pri -10 stupňoch, čo je vhodný na použitie v miernych oblastiach.
Vodivosť sulfidového elektrolytu presahuje 10 ⁻ s/cm, pričom sa blíži k hladine kvapalného elektrolytu, ale je náchylný k praskaniu v dôsledku zlých mechanických vlastností. Panasonic používa nanokompozitnú technológiu na jej zmiešanie s uhlíkovými nanorúrkami, čím sa zvyšuje pevnosť v ťahu elektrolytu na 15 MPa, ktorá dokáže počas nabíjania a vypúšťania zmenu objemu batérie. Jeho najväčšou výhodou je jej nízka teplota výkonu, pričom miera udržania kapacity 90% na -20 stupňa, vďaka čomu je vhodná pre elektrické vozidlá v chladných regiónoch, ako je severná Európa. Sulfidy sú však náchylné na hydrolýzu a produkujú plyn H ₂, čo si vyžaduje extrémne vysoké tesnenie vo výrobnom prostredí.
Elektrolyty oxidov (ako napríklad LLZO lítium lanthanum zirkónia kyslík) majú najlepšiu stabilitu a vydrží vysoké teploty 800 stupňov. Spoločnosť Samsung ich urobila z tenkých keramických listov s hrúbkou iba 50 μm, čím zabezpečila izoláciu a znižovala vnútorný odpor. Jeho nedostatky sú však vysoká krehkosť a impedancia rozhrania. Tím z určitej čínskej akadémie vied použil technológiu „infiltrácie tekutiny“ na vytvorenie vrstvy vyrovnávacej pamäte medzi elektrolytom a elektródou, čím sa znížila impedancia rozhrania o 60% a zlepšila výkonnosť rýchlosti bunky na 3 ° C (plne nabitá za 30 minút).
2 Prielom v ťažkostiach hromadnej výroby: Skok z laboratória na výrobnú linku
Impedancia rozhrania je Achillov päta buniek v tuhom stave. Kontakt medzi tuhými elektrolytmi a pozitívnymi a negatívnymi elektródami je väčšinou kontakt s bodom, čo vedie k vysokému odporu voči vedeniu lítium -iónov. Kľúč k riešeniu tohto problému spočíva v modifikácii rozhrania. LG New Energy prijíma technológiu „depozície atómovej vrstvy“ na pestovanie 5nm hrubej li ₂ o prechodovej vrstvy na povrchu pozitívnej elektródy, ktorá trikrát zvyšuje rýchlosť migrácie lítium. „Metóda infiltrácie taveniny“ vyvinutá domácimi podnikmi zahrieva elektrolyt do roztaveného stavu a kontaktuje ho s elektródou, aby vytvorila pevné tuhé tuhé tuhé rozhranie, čo vedie k životnosti batériového bunkového cyklu presahujúceho 2000 -krát.
Inovácia technológie hromadnej výroby je rovnako dôležitá. Proces suchého formovania sulfidových tuhých batérií vylučuje krok na regeneráciu rozpúšťadla tradičného mokrého povlaku, čím sa znižuje spotreba energie o 40%; Odlievacia technológia oxidových elektrolytov môže dosiahnuť kontinuálnu výrobu 10 metrov za minútu, čo je 10 -krát efektívnejšia ako včasná výroba šarže. Pilotná línia domáceho podniku z batérie v pevnom stave dosiahla mieru výnosu 78%, pričom náklady o 30% boli o 30% vyššie ako v bunkách kvapalných batérií. Očakáva sa, že po rozsiahlej výrobe v roku 2027 klesne na rovnakú úroveň.
3 priekopnícke implementácia v špeciálnych oblastiach: Aplikácie zabezpečené zabezpečené
V špecializovanom poli vykazovali batérie v pevnom stave jedinečné výhody. Batérie s nízkou teplotou v pevnom stave vo vojenskom priemysle majú mieru retencie výbojov 85% na -40 stupňov, čo je ďaleko presahujúca 50% tradičných batérií a môžu splniť potreby napájania polárneho vedeckého výskumu a prieskumných lietadiel s vysokou nadmorskou výškou. Batérie s pevným stavom používané v zdravotníckych pomôckach majú predĺženú životnosť až 10 rokov v dôsledku absencie rizík úniku elektrolytov, čo z nich robí novú voľbu pre defibrilátory a implantovateľné inzulínové čerpadlá. Implantovateľná batéria v oblasti lekárskej spoločnosti využíva bunky tuhého stavu oxidu, znižuje jej objem o 40%a rozširuje cyklus obliekania pacientov z 1 roka na 3 roky.
Priemysel spotrebnej elektroniky začína tiež testovať vody. Určitá značka Smartwatch je vybavená batériovými bunkami s pevným stavom polyméru, s hrúbkou iba 2 mm a hustotou energie 700Wh/l. Výdrž batérie sa predĺžila od 7 dní do 14 dní a po absolvovaní testu poklesu 1,5 metrov neexistuje riziko požiaru. V oblasti bezpilotných vzdušných vozidiel skrátili rýchle nabíjanie časy z 1 hodiny do 20 minút, čo výrazne zlepšilo prevádzkovú efektívnosť.
Vývoj buniek lítiových batérií v tuhom stave nie je len jednoduchou výmenou elektrolytov, ale aj systematickou inováciou v návrhu, materiálovom systéme a výrobnom procese celej batériovej bunky. Ako technológia dozrieva, nanovo definuje bezpečnostné normy a hranice výkonnosti lítiových batérií a vstrekuje do nového energetického priemyslu novú dynamiku.