Se ha desarrollado la batería de 300 Whkg de China; La batería de estado sólido no es rara

Lo que hace que el Tesla Model 3 se limite a la distocia es su famosa batería de potencia 2170, que se dice que tiene una energía específica de aproximadamente 280 vatios-hora / kg.

La última noticia es que se ha investigado y desarrollado la batería ternaria de litio con alto contenido de níquel de China, con una energía específica de más de 300 vatios-hora / kg. Ouyang Minggao, vicepresidente ejecutivo de la Asociación de 100 miembros de vehículos eléctricos de China y académico de la Academia de Ciencias de China, señaló claramente que varios equipos, incluidos Ningde Times, Tianjin Lishen y Guoxuan Hi-Tech, básicamente se han dado cuenta del desarrollo de 300 vatios. hora / kg de potencia de la batería.

Ouyang Minggao señaló que el país originalmente planeó lograr un objetivo de producción en masa de 300 vatios-hora / kg de batería de energía en 2020. Es cierto que incluso existe la posibilidad de impactar la energía de 350 vatios-hora / kg.

El 7 de enero de 2018, en una conferencia de prensa celebrada por los 100 miembros de China Electric Vehicles, el vicepresidente ejecutivo de la organización, Ouyang Minggao, pronunció un discurso sobre la ruta técnica, objetivos escalonados de la batería de energía global de 2018 a 2030. Se elaboran temas candentes.

Algunos puntos importantes se resumen a continuación:

1. En 2020, la batería de potencia industrializada de 300 vatios-hora / kg logró un avance sustancial. La energía específica del monómero alcanzó 350 vatios-hora / kg y nuestro objetivo era el sistema de 260 vatios-hora / kg.

2. El Instituto de Materiales de Ningbo de la Academia de Ciencias de China coopera con Yanfeng Lithium Industry Co., Ltd. y promueve la industrialización. Planea producir en masa baterías de iones de litio de estado sólido en 2019.

3. Lo que hace Toyota no es una batería de metal de litio completamente sólida. Es una batería de iones de litio de estado sólido. Su electrodo negativo es de grafito (por lo que la dificultad es mucho menor).

4. En términos de baterías de litio-azufre y litio-aire, el progreso en el país y en el exterior es relativamente lento. En 2017, no se observaron avances importantes.

5, todas las baterías de litio de estado sólido harán un gran avance entre 2025 y 2030.

Para obtener más detalles, consulte el texto completo del discurso del Sr. Ouyang Minggao:

También representaré al grupo de expertos en general y haré informes técnicos en la reunión anual de este año (21 de enero). Hay tantos problemas técnicos y ahora me centro en tres cuestiones: batería, consumo de energía y carga.

Primero, el nivel de los componentes, el nivel de la tecnología central. Creo que la batería de energía es definitivamente la clave, la celda de combustible, por supuesto, también es muy importante, ahora estoy recogiendo el mayor progreso en el año, porque la tecnología es demasiado progreso.

En segundo lugar, toda la tecnología del vehículo: no me preocupa el kilometraje de este año, es el consumo de energía de los vehículos eléctricos, que es el tema central de la tecnología actual de integración de vehículos. También hablaré sobre este tema en la reunión anual de este año.

En tercer lugar, desde la perspectiva de la ingeniería de sistemas para la promoción y aplicación de vehículos de nueva energía, la tecnología de carga está experimentando un período de gran crecimiento en la demanda y desarrollo de tecnología. Necesito concentrarse.

Así que probablemente hablaré sobre estas tres preguntas en la reunión anual de los 100 miembros, pero hoy solo elijo una pregunta, que es el problema de la batería de la tecnología pura.

En primer lugar, el principal progreso técnico de las baterías de energía doméstica.

En el primer aspecto, la batería de energía de 300 vatios hora / kg que se industrializará en 2020 ha logrado un avance sustancial.

En la actualidad, hay tres equipos en el vehículo de energía especial: uno es la nueva energía en la era Ningde, uno es Tianjin Lishen y el otro es Hefei Guoxuan. Las rutas técnicas adoptadas básicamente por estos tres equipos son similares, el electrodo positivo es alto en níquel y el electrodo negativo es carbono de silicio. Este indicador técnico de batería se acerca a los requisitos de la aplicación, y se puede decir que hay un progreso significativo.

La energía específica ha alcanzado el objetivo. La densidad de energía de la era Ningde alcanzó los 304 vatios-hora / kg, y los otros dos fueron similares. En términos de ciclo de vida, la era de Ningde es básicamente unas 1000 veces. Por supuesto, algunos estándares de seguridad empresarial aún no se han cumplido por completo, y la era de la seguridad de Ningde también ha pasado.

300 vatios-hora / kg de monómero probablemente pueden hacer un sistema de batería de 200-210 vatios-hora / kg porque son básicamente baterías compactas, no cuadradas.

A fines de 2017 y principios de 2018, la densidad de energía del monómero es de aproximadamente 230 vatios-hora / kg, y el sistema es de aproximadamente 150 vatios-hora / kg.

En 2018 y 2019, todavía necesitamos aumentar la temperatura en 50 ~ 70 vatios / kg. Creo que esto se puede hacer. En cuanto a 2020, la energía específica del monómero alcanza los 350 vatios-hora / kg y el sistema de 260 vatios-hora / kg es nuestro objetivo.

En el segundo aspecto, para 2025, se espera alcanzar la meta de industrialización de 400 vatios-hora / kg de celdas individuales.

El monómero es de 300 vatios-hora / kg y el electrodo negativo cambia de carbono a carbono de silicio. Para alcanzar los 400 vatios-hora / kg, tenemos que cambiar el electrodo positivo. En la actualidad, hay varios tipos de ánodos que se pueden seleccionar. El gran avance de nuestros "grandes proyectos de vehículos de nueva energía" son los materiales de cátodos a base de manganeso ricos en litio de alta capacidad.

Dos unidades han emprendido los proyectos básicos de frontera, y una es el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, que ha mejorado la atenuación de voltaje del ciclo de electrodos positivos basados en manganeso rico en litio. El indicador alcanzado es que la caída de voltaje cae a menos del 2% después de 100 semanas, lo que debería decirse que es un desarrollo importante.

El otro es un equipo de la Universidad de Pekín. Por primera vez se ha desarrollado un electrodo positivo a base de manganeso rico en litio con una capacidad específica de 400 mAh / g. No debería ser un problema para 400 vatios-hora / kg, o incluso más.

El tercer aspecto, más vanguardista, es la batería de estado sólido.

Hay muchos institutos de investigación y unidades industriales en la batería de estado sólido nacional, incluido el Instituto de Energía de Qingdao, la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Materiales de Ningbo, la Academia de Ciencias de China, el Instituto de Física, la Academia de Ciencias de China, etc. Ningde Era New Energy y AVIC Lithium.

Recientemente, el Instituto de Materiales de Ningbo de la Academia de Ciencias de China ha cooperado con Yanfeng Lithium Industry para promover la industrialización. Planea producir en masa baterías de iones de litio de estado sólido en 2019.

Debe decirse que las baterías de estado sólido son, sin duda, el término técnico más candente en el campo de las baterías globales en 2017, por lo que presentaré los puntos de acceso de tecnología de baterías de energía global con baterías de estado sólido como ejemplo.

En segundo lugar, el punto de acceso global de la tecnología de baterías: descripción general de toda la tecnología de baterías de litio de estado sólido

Todas las baterías de litio de estado sólido, cada una de estas palabras no puede ser menor, no se puede cambiar, por ejemplo, "todo estado sólido" no es lo mismo que "estado sólido", "batería de litio" y "batería de iones de litio" no es un concepto.

La llamada "batería de litio totalmente sólida" es un tipo de batería de litio que es sólida en el rango de temperatura de trabajo y el material del electrolito es sólido y no contiene ningún componente líquido. Por lo tanto, a todos se nos llama "batería de litio con electrolitos sólidos".

Esta batería de litio completamente sólida se divide en una batería primaria de litio completamente sólida y una batería secundaria de litio completamente sólida.

Las baterías primarias ya son útiles, y las baterías secundarias de litio completamente sólidas se dividen en baterías de iones de litio completamente sólidas y baterías de metal de litio. Hay que distinguir estos dos conceptos. La llamada batería de litio de metal totalmente sólido es que su electrodo negativo está hecho de metal de litio. Ahora sabemos que el electrodo negativo está hecho de carbono o carbono de silicio o titanato de litio.

El concepto de una batería de litio totalmente de estado sólido es anterior al de una batería de iones de litio. Todo el mundo sabe que las baterías de iones de litio solo han aparecido durante unos 25 años. Fueron inventados por los japoneses. En los últimos 25 años, se han utilizado en automóviles durante más de 10 años, por lo que son muy jóvenes pero progresan muy rápido.

La batería de litio completamente sólida en los primeros días se refiere a la batería de litio completamente sólida con metal de litio como electrodo negativo. Por lo tanto, a menudo se dice que todo el estado sólido es metal de litio como electrodo negativo.

Hay varias ventajas técnicas potenciales para una batería de litio de estado sólido:

Primero, por ejemplo, la seguridad es alta. Porque no hay un solvente orgánico como electrolito para iniciar los problemas de combustión del electrolito.

En segundo lugar, la densidad de energía es alta. Cabe señalar que la densidad y el uso del electrolito sólido son más altos que los del electrolito líquido. Cuando los materiales positivos y negativos son los mismos, su ventaja no es obvia. Pero si no hay fugas de electrolito después del electrolito sólido, se pueden apilar todos juntos, a diferencia de lo que tenemos que hacer en una bolsa blanda, por lo que la relación de volumen de energía será mayor.

En tercer lugar, la gama de elección de material de electrodo positivo es amplia. Dado que el electrodo negativo es de metal de litio, el electrodo positivo no contiene litio. Además, la ventana de voltaje del electrolito será más amplia, el rango de selección del material del electrodo positivo será mayor y la energía específica se puede incrementar.

Cuarto, el sistema es superior a la energía. Dado que el electrolito no tiene fluidez, es conveniente formar un monómero de alto voltaje a través de la serie interna, lo que es ventajoso para la eficiencia del grupo del sistema de batería y la densidad de energía.

Pero el problema también está ahí.

El primer problema es que la conductividad iónica del material electrolítico sólido es baja.

Ahora hay tres electrolitos sólidos, uno es un polímero, uno es un óxido y uno es un sulfuro. Electrolito de polímero, de hecho, esta batería ha sido y ahora se usa en algunos automóviles en Francia, su problema es calentar, la batería debe calentarse a 60 grados, la conductividad iónica ha aumentado, la batería puede funcionar correctamente.

En la actualidad, la conductividad de los electrolitos de óxido es generalmente mucho más baja que la de los líquidos.

Solo el electrolito sólido de los sulfuros ahora es similar al estado líquido. Por ejemplo, Toyota usa el electrolito sólido de este sulfuro, por lo que el electrolito sólido es un gran avance. El principal avance es el electrolito sólido de sulfuro.

El segundo problema es el contacto y la estabilidad deficientes de la interfaz sólido / sólido.

La combinación de líquido y sólido es muy fácil y penetra. Sin embargo, el contacto y la estabilidad de sólidos y sólidos no son muy buenos, lo que constituye un gran problema. Aunque se ha mejorado la conductividad de iones de litio del electrolito de sulfuro, todavía existen problemas de contacto y estabilidad de la interfaz.

El tercer problema es el problema de la capacidad de carga del litio metálico.

En los electrolitos sólidos, también hay problemas con la formación de yeso y el crecimiento de dendrita en la superficie del litio. Su ciclo, incluso la seguridad, aún necesita ser estudiado.

Por supuesto, todavía hay un problema, es decir, el costo de fabricación es alto.

En base a los problemas anteriores, especialmente la interfacialidad / estabilidad de la interfaz sólida y el problema de capacidad de carga, la verdadera tecnología de batería de litio de metal totalmente sólido aún es inmadura y existen incertidumbres técnicas.

En la actualidad, hay avances en el rendimiento y existen ventajas de rendimiento y perspectivas de industrialización, principalmente baterías de iones de litio de estado sólido.

¿Cuál es la diferencia entre una batería de iones de litio de estado sólido y una batería de litio de estado sólido? Las baterías de estado sólido no son necesariamente todos electrolitos sólidos, es decir, todavía hay un poco de líquido, que se mezcla con líquido y sólido, y la proporción de mezcla es grande.

En las baterías de iones de litio de estado sólido, el electrolito es sólido, pero hay una pequeña cantidad de electrolito líquido en la celda; el llamado semisólido es la mitad del electrolito sólido y el electrolito líquido, o la mitad de la celda es sólida y la mitad es líquida. Por tanto, hay cuasi-sólidos, que son principalmente sólidos y una pequeña cantidad es líquida.

Acerca de la batería de litio de estado sólido en el hogar y en el extranjero

Las baterías de litio de estado sólido continúan calentándose y Estados Unidos, Europa, Japón, Corea del Sur y China están invirtiendo. La mentalidad de cada país no es la misma.

Por ejemplo, en Estados Unidos, las pequeñas empresas y las empresas emprendedoras son los pilares. Hay dos empresas en los Estados Unidos que son buenas, ambas start-ups y Sakti3. El campo de prácticas puede alcanzar los 500 kilómetros y todavía está en pañales. Otro se llama SolidPower, que fue invertido por varias grandes empresas como BMW. Estados Unidos es principalmente una empresa pequeña, una empresa de nueva creación, basada en tecnología disruptiva.

En Japón, es básicamente una batería de iones de litio de estado sólido. El Toyota más famoso se comercializará en 2022.

Veamos qué está haciendo Toyota. Lo que hace Toyota no es una batería de metal de litio completamente sólida. Es una batería de iones de litio de estado sólido. Su electrodo negativo es grafito, electrolito de sulfuro, electrodo positivo de alto voltaje. Cuando la batería de una celda tiene una capacidad de 15 amperios, el voltaje es superior a diez V. La realización de la comercialización en 2022 es confiable.

Entonces, en Japón, no hay subversión, ni baterías de iones de litio, el positivo y el negativo también se pueden usar antes. Corea del Sur también es un ánodo a base de grafito, no un ánodo de metal de litio, similar a Japón.

La situación en China, Japón y Corea es similar, porque ya tenemos una gran cadena industrial de baterías de iones de litio y no queremos reinventarlas.

En tercer lugar, revisión y perspectiva integrales

Primero, se espera que las baterías de iones de litio alcancen el objetivo de 300 vatios hora / kg para 2020.

En la actualidad, la investigación y el desarrollo de tecnología en el país y en el extranjero se encuentran básicamente al mismo nivel, pero es necesario fortalecer la investigación sobre seguridad. El núcleo de esta batería es la seguridad.

En segundo lugar, como dos nuevos tipos de sistemas para lograr objetivos a largo plazo, las baterías de litio-azufre y litio-aire están progresando lentamente en el país y en el extranjero. En 2017, no se observaron avances importantes.

En principio, la relación peso-peso de la batería de litio-azufre es básicamente igual a la de volumen a volumen, por lo que es bastante difícil aumentar la energía de volumen a volumen.

La demanda de energía volumétrica en turismos y turismos puede ser más importante que la energía de relación de peso. Aunque hay 400 vatios-hora / kg por kilogramo, la energía volumétrica es de solo 400 vatios-hora / litro. No es bueno hablar de eso.

Las baterías de iones de litio generalmente tienen una relación de peso de 300 vatios-hora / kg, por ejemplo, y una relación de volumen de 600 vatios-hora / litro.

Se debe decir que las baterías de litio-aire tienen todas las dificultades de integrar baterías de zinc-aire, celdas de combustible de hidrógeno y baterías secundarias de litio. Por el contrario, las pilas de combustible de hidrógeno son más competitivas.

En tercer lugar, la industrialización de la investigación y el desarrollo de las baterías de litio totalmente de estado sólido continúa calentándose, pero está limitada por los dos problemas de estabilidad de la interfaz sólido / sólido y la capacidad de carga del electrodo negativo de litio metálico. La verdadera batería de ánodo de metal de litio completamente sólida aún no está madura, pero se debe decir que las baterías inorgánicas de iones de litio con sulfuro como electrolito sólido tienen un gran avance.

Al observar la trayectoria del desarrollo de la batería de estado sólido en general, el electrolito puede mezclarse de líquido, semisólido, sólido-líquido a sólido y, finalmente, a todo estado sólido.

En cuanto al electrodo negativo, será desde el electrodo negativo de grafito hasta el electrodo negativo de carbono de silicio. Ahora nos estamos transformando del electrodo negativo de grafito al electrodo negativo de carbono de silicio, y finalmente es posible pasar al electrodo negativo de metal litio, pero todavía hay incertidumbre técnica.

En cuarto lugar, China ha logrado algunos avances en 2017 en términos de materiales de cátodos ricos en litio de alta capacidad. Las baterías de iones de litio innovadoras basadas en cátodos ricos en litio de alta capacidad y ánodos de carbono de silicio de alta capacidad son más factibles que las baterías de litio-azufre y litio-aire.

De acuerdo con el análisis de progreso anterior, nuestro grupo de expertos realizó una optimización de la iteración en la tendencia de desarrollo de la tecnología de baterías de tecnología (no se basa en la hoja de ruta de tecnología de baterías nacional, solo como referencia), de la siguiente manera:

1. En 2020, la energía específica es de 300 vatios-hora / kg, la potencia específica es de 1000 vatios-hora / litro, el ciclo es de más de 1000 veces y el costo es de menos de 0,8 yuanes / vatio hora. Esto es seguro.

¿Cuál es el material correspondiente? Alto níquel tres yuanes. Todos sabemos que ahora estamos pasando de una proporción de níquel: cobalto: manganeso 3: 3: 3 a 6: 2: 2, que es alto en níquel, el níquel se convierte en 6, luego se convierte en 8: 1: 1, el níquel se convierte en 8, el cobalto más Drop a 1, incluso el cobalto se reduce aún más a 0,5. El electrodo negativo debe transformarse de un electrodo de carbono negativo a un electrodo de silicio y carbono negativo. Este es nuestro cambio tecnológico actual.

2. Para 2025, el material del cátodo mejorará aún más su rendimiento. Por ejemplo, los materiales ricos en litio a base de manganeso que hemos logrado importantes avances este año, por supuesto, tendrán otros materiales.

De 2020 a 2025, de 300 vatios-hora / kg a 400 vatios-hora / kg, el costo por vatio-hora se reduce de 8 centavos a menos de 6 centavos. En este momento, nuestro automóvil eléctrico puro de precio-rendimiento general tiene un kilometraje razonable de 300 a 400 kilómetros.

3. Para 2030, existe la esperanza de un gran avance en electrolitos, es decir, el mayor avance en 2025 ~ 2030 puede ser en electrolitos, es decir, las baterías de litio totalmente de estado sólido se industrializarán a escala, y se espera que las celdas de las baterías alcanza los 500 vatios-hora / kg.

En 2030, el modelo regular de precio-rendimiento debería poder alcanzar más de 500 kilómetros. Por supuesto, se requiere la cooperación de otras tecnologías.