Разработана аккумуляторная батарея мощностью 300 Вт · кг в Китае; Твердотельный аккумулятор не редкость

Что ограничивает Tesla Model 3 дистоцией, так это ее знаменитый аккумулятор 2170, который, как говорят, имеет удельную энергию около 280 ватт-часов / кг.

Последние новости заключаются в том, что китайская трехкомпонентная литиевая батарея с высоким содержанием никеля с удельной энергией более 300 ватт-часов / кг была исследована и разработана. Оуян Мингао, исполнительный вице-президент Китайской ассоциации электромобилей, в которую входят 100 членов, и академик Китайской академии наук, четко указал, что несколько команд, включая Ningde Times, Tianjin Lishen и Guoxuan Hi-Tech, в основном реализовали разработку 300-ваттных двигателей. час / кг мощности аккумулятора.

Оуян Мингао отметил, что страна изначально планировала достичь целевого показателя массового производства 300 ватт-часов / кг аккумуляторной батареи в 2020 году. Несомненно, есть даже шанс повлиять на энергию в 350 ватт-часов / кг.

7 января 2018 года на пресс-конференции, проведенной 100 членами China Electric Vehicles, исполнительный вице-президент организации Оуян Мингао выступил с речью о техническом маршруте и поэтапных целях глобальной аккумуляторной батареи с 2018 по 2030. Прорабатываются актуальные вопросы.

Некоторые важные моменты резюмируются следующим образом:

1. В 2020 году промышленные аккумуляторные батареи мощностью 300 ватт-час / кг совершили значительный прорыв. Удельная энергия мономера достигала 350 ватт-часов / кг, и нашей целью была система 260 ватт-часов / кг.

2. Институт материалов Нинбо Китайской академии наук сотрудничает с Yanfeng Lithium Industry Co., Ltd. и способствует индустриализации. В 2019 году планируется серийное производство твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

3. То, что делает Toyota, - это не цельнолитые литий-металлические батареи. Это твердотельный литий-ионный аккумулятор. Его отрицательный электрод - графитовый (поэтому сложность намного меньше).

4. Что касается литий-серных и литий-воздушных аккумуляторов, то здесь и за рубежом, и дома продвигаются относительно медленно. В 2017 году прорыва не было.

5, все твердотельные литиевые батареи совершат прорыв между 2025-2030 годами.

Для получения дополнительной информации см. Полный текст речи г-на Оуян Мингао:

Я также буду представлять всю группу экспертов и делать технические отчеты на ежегодном собрании в этом году (21 января). Существует так много технических проблем, и теперь я сосредоточусь на трех вопросах: аккумулятор, энергопотребление и зарядка.

Во-первых, на уровне компонентов, на уровне основных технологий. Я думаю, что аккумуляторная батарея, безусловно, является ключевым моментом, топливный элемент, конечно, также очень важен. Сейчас я отмечаю самый большой прогресс за год, потому что технология - это слишком большой прогресс.

Во-вторых, технология автомобиля в целом: меня не волнует пробег в этом году, это энергопотребление электромобилей, которое является ключевым вопросом нынешней технологии интеграции транспортных средств. Я также расскажу об этом на годовом собрании в этом году.

В-третьих, с точки зрения системной инженерии для продвижения и применения транспортных средств на новой энергии, технология зарядки переживает период значительного роста спроса и развития технологий. Нужно сосредоточиться на.

Так что я, вероятно, буду обсуждать эти три вопроса на ежегодном собрании 100 членов, но сегодня я выберу только один вопрос, а именно проблему батарей в чистой технологии.

Во-первых, главный технический прогресс отечественных силовых аккумуляторов.

В первом аспекте аккумуляторная батарея мощностью 300 ватт-час / кг, которую планируется внедрить в 2020 году, совершила существенный прорыв.

В настоящее время есть три команды в специальном специальном энергетическом транспортном средстве: одна - это новая энергия в эпоху Ниндэ, одна - Тяньцзинь Лишэнь, а другая - Хэфэй Госюань. Технические маршруты, в основном используемые этими тремя командами, схожи: положительный электрод содержит большое количество никеля, а отрицательный электрод - кремний-углерод. Этот технический индикатор батареи близок к требованиям приложения, и можно сказать, что есть значительный прогресс.

Удельная энергия достигла цели. Плотность энергии эпохи Ниндэ достигала 304 ватт-часов / кг, а два других были аналогичными. Что касается жизненного цикла, эра Ниндэ в основном насчитывает около 1000 раз. Конечно, некоторые стандарты безопасности предприятий еще не полностью выполнены, и эра безопасности Ningde также прошла.

300 ватт-часов / кг мономера, вероятно, могут сделать систему батарей на 200-210 ватт-часов / кг, потому что они в основном представляют собой батареи в мягкой упаковке, а не квадратные батареи.

В конце 2017 - начале 2018 года удельная энергия мономера составляет около 230 ватт-часов / кг, а в системе - около 150 ватт-часов / кг.

В 2018 и 2019 годах нам еще нужно повысить температуру на 50 ~ 70 Вт / кг. Думаю, это можно сделать. Что касается 2020 года, удельная энергия мономера достигает 350 ватт-часов / кг, а наша цель - 260 ватт-часов / кг.

Во втором аспекте к 2025 году ожидается достижение цели индустриализации 400 ватт-часов / кг отдельных элементов.

Мономер составляет 300 ватт-часов / кг, а отрицательный электрод меняется с углеродного на кремниево-углеродный. Чтобы достичь 400 ватт-часов / кг, мы должны заменить положительный электрод. В настоящее время можно выбрать несколько типов анодов. Прорыв в наших «крупных проектах по созданию новых энергетических транспортных средств» - это катодные материалы на основе марганца с высоким содержанием лития.

Два подразделения реализовали передовые базовые проекты, а одно - Институт физики Китайской академии наук, который улучшил ослабление напряжения в цикле положительного электрода на основе марганца с высоким содержанием лития. Достигнутый показатель заключается в том, что падение напряжения снижается до менее 2% через 100 недель, что можно назвать серьезным событием.

Другой - команда Пекинского университета. Впервые разработан положительный электрод на основе марганца с высоким содержанием лития с удельной емкостью 400 мАч / г. Это не должно быть проблемой при 400 ватт-час / кг или даже больше.

Третий аспект, более современный, - это твердотельный аккумулятор.

В отечественной твердотельной батарее есть много исследовательских институтов и промышленных предприятий, в том числе Циндаоский институт энергетики, Китайская академия наук, Нинбо-институт материалов, Китайская академия наук, Институт физики, Китайская академия наук и т. Д., В том числе Ningde Era New Energy и AVIC Lithium.

Недавно Институт материалов Нинбо Китайской академии наук сотрудничал с Yanfeng Lithium Industry для содействия индустриализации. В 2019 году планируется серийное производство твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

Следует сказать, что твердотельные батареи, несомненно, являются самым популярным техническим термином в мировой области аккумуляторных батарей в 2017 году, поэтому в качестве примера я представлю глобальные горячие точки технологии аккумуляторных батарей с твердотельными батареями.

Во-вторых, глобальная горячая точка технологии аккумуляторов: обзор всей технологии твердотельных литиевых аккумуляторов.

Все твердотельные литиевые батареи, каждое из этих слов не может быть меньше, не могут быть изменены, например, «все твердотельные» не то же самое, что «твердотельные», «литиевые батареи» и «литиево-ионные батареи» не являются концепция.

Так называемая «полностью твердая литиевая батарея» представляет собой разновидность литиевой батареи, которая является твердой в рабочем диапазоне температур, а материал электролита является твердым и не содержит жидких компонентов. Поэтому нас всех называют «литиевыми батареями с твердым электролитом».

Эта полностью твердотельная литиевая батарея делится на твердотельную литиевую первичную батарею и твердотельную вторичную литиевую батарею.

Первичные батареи уже используются, а полностью твердотельные литиевые вторичные батареи делятся на твердотельные литий-ионные батареи и литий-металлические батареи. Эти два понятия следует различать. Так называемая цельнометаллическая литиевая батарея состоит в том, что ее отрицательный электрод сделан из металлического лития. Теперь мы знаем, что отрицательный электрод сделан из углерода или кремния, углерода или титаната лития.

Идея полностью твердотельной литиевой батареи возникла раньше, чем у литий-ионной батареи. Всем известно, что литий-ионные аккумуляторы появились всего около 25 лет назад. Их изобрели японцы. За последние 25 лет они использовались в автомобилях более 10 лет, поэтому они очень молоды, но быстро развиваются.

Полностью твердотельная литиевая батарея в первые дни относится к цельнотвердой металлической литиевой батарее с металлическим литием в качестве отрицательного электрода. Поэтому часто говорят, что все твердое состояние представляет собой металлический литий в качестве отрицательного электрода.

Полностью твердотельная литиевая батарея имеет несколько потенциальных технических преимуществ:

Во-первых, например, безопасность высока. Потому что в качестве электролита нет органического растворителя, который мог бы вызвать проблемы горения электролита.

Во-вторых, высокая плотность энергии. Следует отметить, что плотность и использование твердого электролита выше, чем у жидкого электролита. Когда положительные и отрицательные материалы совпадают, его преимущество не очевидно. Но если после твердого электролита не происходит утечки электролита, его можно сложить вместе, в отличие от того, что мы должны делать мягкий мешок, поэтому объемное соотношение энергии будет выше.

В-третьих, широкий диапазон выбора материала положительного электрода. Поскольку отрицательный электрод выполнен из металлического лития, положительный электрод не содержит лития. Кроме того, окно напряжения электролита будет шире, диапазон выбора материала положительного электрода будет больше, а удельная энергия может быть увеличена.

В-четвертых, система выше энергии. Поскольку электролит не обладает текучестью, удобно образовывать высоковольтный мономер через внутреннюю серию, что является преимуществом для групповой эффективности аккумуляторной системы и плотности энергии.

Но проблема тоже есть.

Первая проблема заключается в низкой ионной проводимости материала твердого электролита.

В настоящее время существует три твердых электролита, один из которых полимер, один оксид и один сульфид. Полимерный электролит, на самом деле, этот аккумулятор использовался и сейчас используется в некоторых автомобилях во Франции, его проблема заключается в нагреве, аккумулятор должен быть нагрет до 60 градусов, ионная проводимость повышена, аккумулятор может работать нормально.

В настоящее время проводимость оксидных электролитов обычно намного ниже, чем проводимость жидкостей.

Только твердый электролит сульфидов теперь похож на жидкое состояние. Например, Toyota использует твердый электролит этого сульфида, поэтому твердый электролит - это прорыв. Главный прорыв - твердый сульфидный электролит.

Вторая проблема - плохой контакт и стабильность границы раздела твердое тело / твердое тело.

Комбинация жидкости и твердого вещества очень проста и проникает. Однако контакт и стабильность твердых и твердых тел не очень хорошие, что является большой проблемой. Хотя литий-ионная проводимость сульфидного электролита была улучшена, все еще существуют проблемы, связанные с контактом на границе раздела и стабильностью.

Третья проблема - это проблема заряжаемости металлического лития.

В твердых электролитах также возникают проблемы с мелением и ростом дендритов на поверхности лития. Его цикл, даже безопасность, еще предстоит изучить.

Конечно, есть проблема, то есть стоимость изготовления высока.

Основываясь на вышеупомянутых проблемах, особенно на межфазной поверхности / стабильности твердого интерфейса и проблеме заряжаемости, настоящая технология цельнометаллических литиевых батарей все еще является незрелой, и существуют технические неопределенности.

В настоящее время произошел прорыв в производительности, есть преимущества в производительности и перспективы индустриализации, в основном твердотельные литий-ионные батареи.

В чем разница между твердотельным литиево-ионным аккумулятором и полностью твердотельным литиевым аккумулятором? Твердотельные батареи не обязательно состоят из твердых электролитов, то есть еще есть немного жидкости, которая смешивается с жидкостью и твердым веществом, и соотношение смешивания велико.

В твердотельных литий-ионных батареях электролит твердый, но в элементе присутствует небольшое количество жидкого электролита; так называемый полутвердый электролит представляет собой половину твердого электролита и жидкого электролита, или половина элемента является твердым, а половина - жидким. Поэтому есть квазитвердые, которые в основном твердые, а небольшое количество - жидкие.

О твердотельных литиевых батареях дома и за рубежом

Твердотельные литиевые батареи продолжают нагреваться, и Соединенные Штаты, Европа, Япония, Южная Корея и Китай вкладывают средства. Менталитет каждой страны неодинаков.

Например, в США опорой являются небольшие компании и предпринимательские компании. В США есть две хорошие компании: стартапы и Sakti3. Запас хода может достигать 500 километров, и он все еще находится в зачаточном состоянии. Другой называется SolidPower, в который инвестировали несколько крупных компаний, таких как BMW. Соединенные Штаты - это в основном небольшая компания, начинающая компания, основанная на революционных технологиях.

В Японии это в основном твердотельный литий-ионный аккумулятор. Самая известная Toyota будет запущена в продажу в 2022 году.

Посмотрим, что делает Toyota? То, что делает Toyota, - это не цельнотвердые литий-металлические батареи. Это твердотельный литий-ионный аккумулятор. Его отрицательный электрод - графитовый, сульфидный электролит, высоковольтный положительный электрод. Когда одноэлементный аккумулятор имеет емкость 15 ампер, напряжение превышает десять В. Реализация коммерциализации в 2022 году является надежной.

Так что в Японии нет подрывных или литий-ионных батарей, положительный и отрицательный тоже можно использовать раньше. Южная Корея также является анодом на основе графита, а не анодом из металлического лития, как в Японии.

Ситуация в Китае, Японии и Корее похожа, потому что у нас уже есть большая производственная цепочка литий-ионных аккумуляторов, и мы не хотим изобретать их заново.

В-третьих, всесторонний обзор и прогноз

Во-первых, ожидается, что к 2020 году литий-ионные аккумуляторные батареи достигнут целевого показателя в 300 ватт-час / кг.

В настоящее время технологические исследования и разработки в стране и за рубежом в основном находятся на одном уровне, но исследования в области безопасности нуждаются в усилении. Основа этой батареи - безопасность.

Во-вторых, как два новых типа систем для достижения долгосрочных целей, литий-серные и литий-воздушные батареи в настоящее время медленно развиваются как дома, так и за рубежом. В 2017 году прорыва не было.

В принципе, отношение веса к весу литий-серной батареи в основном совпадает с отношением объема к объему, поэтому довольно сложно увеличить энергию объема к объему.

Спрос на объемную энергию в легковых и легковых автомобилях может быть более важным, чем энергия отношения веса. Хотя на килограмм приходится 400 ватт-часов / кг, объемная энергия составляет всего 400 ватт-часов / литр. Об этом говорить нехорошо.

Литий-ионные батареи обычно имеют удельную массу 300 ватт-часов / кг, например, и удельную массу 600 ватт-часов / литр.

Следует сказать, что литий-воздушные батареи имеют все трудности интеграции воздушно-цинковых батарей, водородных топливных элементов и литиевых вторичных батарей. Напротив, водородные топливные элементы более конкурентоспособны.

В-третьих, индустриализация полностью твердотельных литиевых батарей в области исследований и разработок продолжает набирать обороты, но ее сдерживают две проблемы: стабильность границы раздела твердое тело / твердое тело и возможность зарядки металлического литиевого отрицательного электрода. Настоящая батарея с полностью твердым литий-металлическим анодом еще не созрела, но следует сказать, что неорганические литий-ионные батареи с сульфидом в качестве твердого электролита совершили прорыв.

Если посмотреть на путь развития твердотельных батарей в целом, электролит может быть смешанным от жидкого, полутвердого, твердого и жидкого до твердого и, наконец, до полностью твердого состояния.

Что касается отрицательного электрода, он будет от графитового отрицательного электрода к отрицательному электроду из кремниевого угля. Сейчас мы переходим от графитового отрицательного электрода к кремниево-углеродному отрицательному электроду, и, наконец, можно перейти к отрицательному электроду из металлического лития, но все еще остается техническая неопределенность.

В-четвертых, в 2017 году Китай совершил прорыв в области создания катодных материалов с высоким содержанием лития. Инновационные литий-ионные батареи на основе катодов с высоким содержанием лития и кремний-углеродных анодов большой емкости более осуществимы, чем литий-серные и литий-воздушные батареи.

Согласно приведенному выше анализу прогресса, наша группа экспертов провела оптимизацию итерации тенденции развития технологии аккумуляторных батарей (не на основе национальной дорожной карты технологии аккумуляторных батарей, только для справки) следующим образом:

1. В 2020 году удельная энергия составляет 300 ватт-часов / кг, удельная мощность - 1000 ватт-часов / литр, цикл - более 1000 раз, а стоимость - менее 0,8 юаня / ватт-час. Это точно.

Какой соответствующий материал? Высокий никель три юаня. Все мы знаем, что сейчас мы переходим от соотношения никель: кобальт: марганец 3: 3: 3 к 6: 2: 2, что является высоким содержанием никеля, никель становится 6, затем преобразуется в 8: 1: 1, никель становится 8, кобальт. далее падение до 1, даже кобальт еще больше снизится до 0,5. Отрицательный электрод должен быть преобразован из углеродного отрицательного электрода в кремниевый углеродный отрицательный электрод. Это наши текущие технологические изменения.

2. К 2025 году материал катода еще больше улучшит свои характеристики. Например, в материалах на основе марганца с высоким содержанием лития, в которых мы сделали важные открытия в этом году, конечно, будут и другие материалы.

С 2020 по 2025 год, с 300 ватт-часов / кг до 400 ватт-часов / кг, стоимость ватт-часа снижается с 8 центов до менее чем 6 центов. В настоящее время наш чистый электромобиль в целом по соотношению цена-качество имеет разумный пробег в 300-400 километров.

3. К 2030 году есть надежда на прорыв в электролитах, то есть самый большой прорыв в 2025-2030 годах может произойти в электролитах, то есть полностью твердотельные литиевые батареи будут промышленно масштабироваться, а аккумуляторные элементы, как ожидается, будут достигло 500 ватт-часов / кг.

В 2030 году обычная модель по соотношению цена-качество сможет проехать более 500 километров. Конечно, требуется сотрудничество других технологий.