¿Cuál es el estado actual del desarrollo de la batería de litio?

En la actualidad, los vehículos domésticos de nueva energía todavía utilizan fosfato de hierro y litio (basado en BYD) y baterías ternarias de litio. La autonomía de crucero de los modelos puede alcanzar básicamente los 300 kilómetros, pero la densidad energética media del sistema de baterías es de solo 115Wh / Kg. En marzo de 2017, los cuatro ministerios y comisiones del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitieron conjuntamente el Plan de Acción para Promover el Desarrollo de Baterías de Energía Automotriz. Se señaló que para 2020, la energía específica del nuevo pool de energía de iones de litio debería ser superior a 300Wh / Kg; el sistema debe esforzarse por alcanzar los 260 Wh. /Kg.

Los datos muestran que la brecha entre la densidad de energía actual de la batería y el valor objetivo en China es del 126%. Es demasiado difícil para la batería de fosfato de hierro y litio alcanzar el valor objetivo en 2020, pero es completamente posible para la batería de litio ternaria representada por Tesla. El rendimiento de la batería de potencia es bueno y el sistema de gestión BMS también es eficiente; Además, la batería de litio de estado sólido también puede aumentar la densidad de energía del sistema de batería a 260Wh / Kg.

1. Batería ternaria de litio y fosfato de litio y hierro: el pilar actual

En la actualidad, el mercado mundial de vehículos de nueva energía ha entrado en un período crítico de vigoroso desarrollo. Las principales empresas automovilísticas han presentado vehículos de nueva energía. La rápida madurez de la cadena de la industria de las baterías de litio promoverá aún más la aplicación a gran escala de vehículos de nueva energía. Desde una perspectiva global, los modelos típicos de automóviles utilizan principalmente baterías de energía japonesas y coreanas, principalmente litio ternario, y la autonomía de crucero alcanza o supera básicamente los 350 km.

Tabla 1 Soporte de batería de alimentación principal global

En cuanto al mercado nacional, desde los primeros seis lotes de vehículos de nueva energía en 2017, la densidad energética de los nuevos modelos equipados con baterías también ha aumentado en diversos grados. En el primer lote de catálogos, la densidad de energía de más de 115Wh / Kg representó solo el 13,11%, y la proporción del quinto lote de catálogos alcanzó el 73%. Se puede observar que el aumento de la densidad energética de las baterías de potencia es la tendencia de la época. La batería de energía de las principales empresas de vehículos eléctricos también se ha transformado gradualmente en litio de tres elementos, y el rango de crucero básicamente puede alcanzar el nivel de 300 kilómetros.

Cuadro 2 Situación de respaldo de la batería de energía doméstica principal

Al observar la situación de las empresas de baterías eléctricas nacionales e internacionales que transportan vehículos de nueva energía, la tendencia de que las baterías ternarias de litio se conviertan en la ruta tecnológica dominante ha sido irreversible, pero todavía hay margen de mejora en el kilometraje de todo el vehículo. Probablemente esto se deba a muchas razones, como la baja densidad de energía de la batería de potencia y el margen de mejora en la eficiencia del BMS.

2. batería de litio sólida completa: la dirección futura del desarrollo

Los objetivos de investigación y desarrollo de las baterías de litio de alta densidad energética desarrolladas por países de todo el mundo son el despliegue activo de tecnologías con visión de futuro, como las baterías de litio-azufre, las baterías de litio-aire o las baterías de metal de litio.

Sobre la base de heredar las ventajas de las baterías de litio tradicionales, las baterías de litio de estado sólido han logrado grandes avances en seguridad y densidad de energía. En la actualidad, la densidad de energía de toda la investigación y el desarrollo de baterías de litio de estado sólido puede alcanzar los 300 ~ 400Wh / kg, lo que se espera que se convierta en una importante dirección de desarrollo de la próxima generación de tecnología de baterías de almacenamiento de energía y potencia de alta densidad de energía. Este es el consenso de la academia y la industria.

Figura 1 Objetivos de la etapa de la densidad de energía de la batería de potencia en países de todo el mundo

Figura 2 Ruta mundial de la tecnología de baterías de litio

Los afiliados mundiales de baterías de energía también han acelerado el despliegue de baterías de litio totalmente de estado sólido para aprovechar las oportunidades. En la actualidad, el proceso de industrialización de varias vías tecnológicas es diferente. Entre ellas, las baterías de polímero de estado sólido se están desarrollando rápidamente y el laboratorio se ha completado debido a su rendimiento de trabajo a alta temperatura. Se ha comprobado que un pequeño número de empresas han logrado una industrialización a pequeña escala.

Estado de desarrollo de la batería de litio de estado sólido (batería sólida de polímero)

Bollore, Francia: batería secundaria totalmente de estado sólido (LMP), metal de litio para material de electrodo negativo, polímero (PEO, etc.) para el electrolito. Se ha aplicado en Francia para VE, coche de servicio compartido "Autolib" y autobús eléctrico pequeño "Bluelus". La aplicación total es de más de 3.000 vehículos.

US Seeo: Todas las baterías secundarias sólidas utilizan la película de polímero seco de Daiso para proporcionar un paquete de baterías de muestra con una densidad de energía de 130-150Wh / kg. En 2017, la densidad energética puede llegar a 300Wh / kg, lo que no se ha promovido.

CATL: En la actualidad, se ha diseñado y fabricado una batería de polímero con una capacidad de 325 mAh, que presenta un buen rendimiento de ciclo de alta temperatura y no se ha popularizado.

Instituto de Energía de Qingdao, Academia de Ciencias de China: la batería de polímero de litio de estado sólido de gran capacidad "Qingneng I" ha completado la investigación científica en aguas profundas, su densidad de energía supera los 250 Wh / kg y la capacidad de 500 ciclos se mantiene por encima de 80 %, en múltiples momentos de acupuntura y extrusión, mantiene un rendimiento de seguridad muy bueno en condiciones de prueba duras. “Qingeng II” también se ha desarrollado con éxito con una densidad de energía de hasta 300Wh / kg, que no se ha promocionado.

Además, en las baterías de litio de estado sólido, las baterías de estado sólido de sulfuro (baterías de litio-azufre) tienen un gran potencial de desarrollo debido a su alta densidad energética y bajo costo. Toyota, Samsung, CATL, Toyota y otras empresas nacionales y extranjeras han acelerado su diseño. Entre ellos, la Tecnología Toyota es la más avanzada. Toyota introdujo una batería de estado sólido de sulfuro en 2010. En 2014, la densidad de energía de su prototipo experimental alcanzó los 400Wh / kg. A principios de 2017, las patentes de baterías de estado sólido de Toyota llegaron a 30, mucho más que otras compañías. Según los ejecutivos de Toyota, Toyota se dará cuenta de la industrialización de las baterías de estado sólido de sulfuro para 2020. La empresa nacional CATL es relativamente líder en baterías de estado sólido de sulfuro y está acelerando el desarrollo de baterías de metal de litio de estado sólido de sulfuro para vehículos eléctricos puros.

Estado de desarrollo de la batería de litio sólida (batería de estado sólido de sulfuro)

Toyota: Las baterías de estado sólido se introdujeron en 2010. En 2014, la densidad de energía del prototipo experimental alcanzó los 400Wh / kg.

Samsung Japan Research Institute: Se fabricó una batería secundaria totalmente sólida laminada de 2000 mAh, 175 Wh / kg utilizando un electrolito sólido a base de sulfuro.

Sakti3 (EE. UU.): En 2015, recibió una inversión de 15 millones de dólares del gigante británico de electrodomésticos Dyson. La batería de estado sólido desarrollada por la empresa utiliza cerámica como electrolito, metal de litio o aleación de litio como electrodo negativo y la densidad de energía alcanza los 1000Wh / L. etapa.

Qingdao Energy: El núcleo de la empresa radica en el desarrollo y la producción de separadores de cerámica sin metal con alto contenido de sólidos y electrolitos sólidos inorgánicos. En la actualidad, el equipo ha cooperado con BAIC para realizar una prueba piloto, que puede ser un componente importante de los vehículos eléctricos Beiqi en el futuro.

CATL: La principal dirección de investigación y desarrollo es el electrolito de sulfuro. El método de recubrimiento de electrodo positivo se utiliza para resolver el problema de la reacción de la interfaz. El método de prensado en caliente reduce la resistencia de la interfaz.

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