Chinas 300-Whkg-Batterie wurde entwickelt. Festkörperbatterien sind keine Seltenheit

Was Tesla Model 3 auf Dystokie beschränkt, ist die berühmte Batterie 2170, die eine spezifische Energie von etwa 280 Wattstunden / kg haben soll.

Die neueste Nachricht ist, dass Chinas ternäre Lithiumbatterie mit hohem Nickelgehalt und einer spezifischen Energie von mehr als 300 Wattstunden / kg erforscht und entwickelt wurde. Ouyang Minggao, Executive Vice President der 100-köpfigen China Electric Vehicle Association und Akademiker der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, wies deutlich darauf hin, dass mehrere Teams, darunter Ningde Times, Tianjin Lishen und Guoxuan Hi-Tech, die Entwicklung von 300 Watt im Grunde genommen realisiert haben. Stunde / kg Batterie.

Ouyang Minggao wies darauf hin, dass das Land ursprünglich vorhatte, 2020 ein Massenproduktionsziel von 300 Wattstunden / kg Batterie zu erreichen. Es ist sicher, dass es sogar eine Chance gibt, die Energie von 350 Wattstunden / kg zu beeinflussen.

Am 7. Januar 2018 hielt der geschäftsführende Vizepräsident der Organisation, Ouyang Minggao, auf einer Medienkonferenz der 100 Mitglieder von China Electric Vehicles eine Rede über den technischen Weg und die schrittweisen Ziele der globalen Energiebatterie von 2018 bis 2018 2030. Heiße Themen werden ausgearbeitet.

Einige wichtige Punkte sind wie folgt zusammengefasst:

1. Im Jahr 2020 gelang der industrialisierten 300-Wattstunden-kg-Batterie ein beachtlicher Durchbruch. Die monomerspezifische Energie erreichte 350 Wattstunden / kg und das System 260 Wattstunden / kg war unser Ziel.

2. Das Ningbo-Institut für Materialien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften arbeitet mit Yanfeng Lithium Industry Co., Ltd. zusammen und fördert die Industrialisierung. Für 2019 ist die Massenproduktion von Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien geplant.

3. Was Toyota tut, ist keine solide Lithium-Metall-Batterie. Es ist eine Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie. Die negative Elektrode besteht aus Graphit (daher ist die Schwierigkeit viel geringer).

4. Bei Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Batterien sind die Fortschritte im In- und Ausland relativ langsam. Im Jahr 2017 waren keine bahnbrechenden Fortschritte zu verzeichnen.

In 5 werden alle Festkörper-Lithiumbatterien zwischen 2025 und 2030 einen Durchbruch erzielen.

Weitere Einzelheiten finden Sie im vollständigen Text der Rede von Herrn Ouyang Minggao:

Ich werde auch die gesamte Expertengruppe vertreten und auf der diesjährigen Jahrestagung (21. Januar) technische Berichte erstellen. Es gibt so viele technische Probleme, und ich konzentriere mich jetzt auf drei Probleme: akku, Stromverbrauch und Laden.

Erstens, die Komponentenebene, die Kerntechnologieebene Ich denke, die Leistungsbatterie ist definitiv der Schlüssel, die Brennstoffzelle ist natürlich auch sehr wichtig. Ich wähle jetzt den größten Fortschritt im Jahr aus, weil die Technologie zu viel Fortschritt ist.

Zweitens die gesamte Fahrzeugtechnologie: Ich mache mir in diesem Jahr keine Sorgen um die Kilometerleistung, sondern um den Stromverbrauch von Elektrofahrzeugen, der das Kernproblem der aktuellen Fahrzeugintegrationstechnologie darstellt. Ich werde auch auf der diesjährigen Jahrestagung über dieses Thema sprechen.

Drittens erlebt die Ladetechnologie aus Sicht der Systemtechnik zur Förderung und Anwendung neuer Energiefahrzeuge eine Phase starken Nachfragewachstums und technologischer Entwicklung. Ich muss mich konzentrieren.

Ich werde wahrscheinlich auf der Jahrestagung der 100 Mitglieder über diese drei Fragen sprechen, aber heute wähle ich nur eine Frage aus, nämlich das Batterieproblem der reinen Technologie.

Erstens den wichtigsten technischen Fortschritt von Haushaltsbatterien.

Im ersten Aspekt hat die im Jahr 2020 zu industrialisierende Batterie mit einer Leistung von 300 Wattstunden / kg einen wesentlichen Durchbruch erzielt.

Gegenwärtig gibt es drei Teams im Special Energy Vehicle Special: eines ist die neue Energie in der Ningde-Ära, eines ist Tianjin Lishen und das andere ist Hefei Guoxuan. Die technischen Wege dieser drei Teams sind im Wesentlichen ähnlich, die positive Elektrode enthält viel Nickel und die negative Elektrode besteht aus Siliziumkohlenstoff. Diese batterietechnische Anzeige entspricht in etwa den Anwendungsanforderungen, und es kann gesagt werden, dass erhebliche Fortschritte erzielt wurden.

Die spezifische Energie hat das Ziel erreicht. Die Energiedichte der Ningde-Ära erreichte 304 Wattstunden / kg, und die anderen beiden waren ähnlich. In Bezug auf die Lebensdauer des Zyklus ist die Ningde-Ära im Grunde etwa 1000-mal. Natürlich wurden einige Sicherheitsstandards für Unternehmen noch nicht vollständig erfüllt, und auch die Sicherheit der Ningde-Ära ist vorbei.

300 Wattstunden / kg Monomer können wahrscheinlich ein Batteriesystem von 200 bis 210 Wattstunden / kg ergeben, da es sich im Grunde genommen um weich gepackte Batterien handelt, nicht um quadratische Batterien.

Ende 2017 und Anfang 2018 beträgt die Monomerenergiedichte etwa 230 Wattstunden / kg und das System etwa 150 Wattstunden / kg.

In den Jahren 2018 und 2019 müssen wir die Temperatur noch um 50 bis 70 Watt / kg erhöhen. Ich denke, das kann getan werden. Für 2020 erreicht die monomerspezifische Energie 350 Wattstunden / kg und das System 260 Wattstunden / kg ist unser Ziel.

Im zweiten Aspekt soll bis 2025 das Industrialisierungsziel von 400 Wattstunden / kg Einzelzellen erreicht werden.

Das Monomer ist 300 Wattstunden / kg und die negative Elektrode wechselt von Kohlenstoff zu Siliziumkohlenstoff. Um 400 Wattstunden / kg zu erreichen, müssen wir die positive Elektrode wechseln. Derzeit können verschiedene Arten von Anoden ausgewählt werden. Der Durchbruch unserer "Großprojekte für neue Energiefahrzeuge" sind Lithium-reiche Kathodenmaterialien auf Manganbasis mit hoher Kapazität.

Zwei Einheiten haben die Grenzgrundprojekte durchgeführt, und eine ist das Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, das die Spannungsdämpfung des lithiumreichen positiven Elektrodenzyklus auf Manganbasis verbessert hat. Der erreichte Indikator ist, dass der Spannungsabfall nach 100 Wochen auf weniger als 2% abfällt, was als wichtige Entwicklung angesehen werden sollte.

Das andere ist ein Team der Peking-Universität. Zum ersten Mal wurde eine lithiumreiche positive Elektrode auf Manganbasis mit einer spezifischen Kapazität von 400 mAh / g entwickelt. Bei 400 Wattstunden / kg oder mehr sollte dies kein Problem sein.

Der dritte Aspekt, der aktueller ist, ist die Festkörperbatterie.

Es gibt viele Forschungsinstitute und Industrieanlagen in der heimischen Festkörperbatterie, darunter das Qingdao-Institut für Energie, die Chinesische Akademie der Wissenschaften, das Ningbo-Institut für Materialien, die Chinesische Akademie der Wissenschaften, das Institut für Physik, die Chinesische Akademie der Wissenschaften usw., einschließlich Ningde Era New Energy und AVIC Lithium.

Kürzlich hat das Ningbo-Institut für Materialien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften mit der Yanfeng-Lithiumindustrie zusammengearbeitet, um die Industrialisierung voranzutreiben. Für 2019 ist die Massenproduktion von Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien geplant.

Es sollte gesagt werden, dass Festkörperbatterien 2017 zweifellos der heißeste Fachbegriff im globalen Batteriebereich sind. Daher werde ich die globalen Hotspots der Energiebatterietechnologie mit Festkörperbatterien als Beispiel vorstellen.

Zweitens der globale Hotspot für Batterietechnologie: Überblick über alle Festkörper-Lithiumbatterietechnologien

Alle Festkörper-Lithiumbatterien, jedes dieser Wörter kann nicht kleiner sein, können nicht geändert werden. Beispielsweise ist "Alle Festkörperbatterien" nicht dasselbe wie "Festkörper", "Lithiumbatterien" und "Lithiumionenbatterien" nicht Konzept.

Die sogenannte "Vollfeststoff-Lithiumbatterie" ist eine Art Lithiumbatterie, die im Arbeitstemperaturbereich fest ist und das Elektrolytmaterial fest ist und keine flüssige Komponente enthält. Daher werden wir alle als "Vollelektrolyt-Lithiumbatterie" bezeichnet.

Diese Voll-Lithium-Batterie ist in eine Voll-Lithium-Primärbatterie und eine Voll-Lithium-Sekundärbatterie unterteilt.

Primärbatterien sind bereits nützlich, und vollständig feste Lithium-Sekundärbatterien werden in vollständig feste Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Metall-Batterien unterteilt. Diese beiden Konzepte müssen unterschieden werden. Die sogenannte Vollmetall-Lithiumbatterie besteht darin, dass ihre negative Elektrode aus Lithiummetall besteht. Wir wissen jetzt, dass die negative Elektrode aus Kohlenstoff oder Siliziumkohlenstoff oder lithiumtitanat besteht.

Das Konzept einer Festkörper-Lithiumbatterie ist früher als das einer Lithium-Ionen-Batterie. Jeder weiß, dass Lithium-Ionen-Batterien erst seit etwa 25 Jahren erhältlich sind. Sie wurden von den Japanern erfunden. In den letzten 25 Jahren wurden sie seit mehr als 10 Jahren in Autos eingesetzt. Sie sind also sehr jung, entwickeln sich aber sehr schnell.

Die Vollfeststoff-Lithiumbatterie in den frühen Tagen bezieht sich auf die Vollfeststoff-Lithiumbatterie mit Lithiummetall als negativer Elektrode. Daher wird oft gesagt, dass der gesamte Festkörper Lithiummetall als negative Elektrode ist.

Eine Festkörper-Lithiumbatterie bietet mehrere potenzielle technische Vorteile:

Erstens ist zum Beispiel die Sicherheit hoch. Weil es kein organisches Lösungsmittel als Elektrolyt gibt, um die Probleme beim Verbrennen des Elektrolyten auszulösen.

Zweitens ist die Energiedichte hoch. Es ist zu beachten, dass die Dichte und Verwendung des Festelektrolyten höher sind als die des flüssigen Elektrolyten. Wenn die positiven und negativen Materialien gleich sind, ist sein Vorteil nicht offensichtlich. Wenn jedoch nach dem Festelektrolyten kein Elektrolyt austritt, kann dieser insgesamt gestapelt werden, im Gegensatz zu einem weichen Beutel, sodass das Volumenverhältnis der Energie höher ist.

Drittens ist der Auswahlbereich des positiven Elektrodenmaterials groß. Da die negative Elektrode Lithiummetall ist, enthält die positive Elektrode kein Lithium. Außerdem wird das Spannungsfenster des Elektrolyten breiter, der Auswahlbereich des positiven Elektrodenmaterials wird größer und die spezifische Energie kann erhöht werden.

Viertens ist das System höher als Energie. Da der Elektrolyt keine Fließfähigkeit aufweist, ist es zweckmäßig, durch die interne Reihe ein Hochspannungsmonomer zu bilden, was für die Effizienz und Energiedichte der Batteriesystemgruppe vorteilhaft ist.

Das Problem ist aber auch da.

Das erste Problem besteht darin, dass die Ionenleitfähigkeit des Festelektrolytmaterials gering ist.

Es gibt jetzt drei Festelektrolyte, einen als Polymer, einen als Oxid und einen als Sulfid. Polymerelektrolyt, in der Tat, diese Batterie wurde und wird jetzt in einigen Autos in Frankreich verwendet. Ihr Problem ist das Erhitzen. Die Batterie sollte auf 60 Grad erwärmt werden. Die Ionenleitfähigkeit ist hoch. Die Batterie kann ordnungsgemäß funktionieren.

Gegenwärtig ist die Leitfähigkeit von Oxidelektrolyten im Allgemeinen viel geringer als die von Flüssigkeiten.

Nur der Festelektrolyt von Sulfiden ähnelt jetzt dem flüssigen Zustand. Zum Beispiel verwendet Toyota den Festelektrolyten dieses Sulfids, so dass der Festelektrolyt ein Durchbruch ist. Der Hauptdurchbruch ist der Festelektrolyt von Sulfid.

Das zweite Problem ist der schlechte Kontakt und die Stabilität der Feststoff / Feststoff-Grenzfläche.

Die Kombination von flüssig und fest ist sehr einfach und dringt ein. Der Kontakt und die Stabilität von Feststoffen und Feststoffen sind jedoch nicht sehr gut, was ein großes Problem darstellt. Obwohl die Lithiumionenleitfähigkeit des Sulfidelektrolyten verbessert wurde, gibt es immer noch Probleme hinsichtlich des Grenzflächenkontakts und der Stabilität.

Das dritte Problem ist das Problem der Aufladbarkeit von metallischem Lithium.

In Festelektrolyten gibt es auch Probleme mit Kreide und Dendritenwachstum auf der Lithiumoberfläche. Sein Zyklus, auch die Sicherheit, muss noch untersucht werden.

Natürlich gibt es immer noch ein Problem, das heißt, die Herstellungskosten sind hoch.

Aufgrund der oben genannten Probleme, insbesondere der Grenzfläche / Stabilität der festen Grenzfläche und des Problems der Aufladbarkeit, ist die echte Vollmetall-Lithiumbatterietechnologie noch nicht ausgereift, und es bestehen technische Unsicherheiten.

Gegenwärtig gibt es Durchbrüche bei der Leistung und es gibt Leistungsvorteile und Industrialisierungsaussichten, hauptsächlich Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien.

Was ist der Unterschied zwischen einer Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie und einer Festkörper-Lithium-Batterie? Festkörperbatterien sind nicht unbedingt alle Festelektrolyte, das heißt, es gibt immer noch wenig Flüssigkeit, die mit Flüssigkeit und Feststoff gemischt wird, und das Mischungsverhältnis ist groß.

In Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien ist der Elektrolyt fest, aber in der Zelle befindet sich eine kleine Menge flüssigen Elektrolyten. Der sogenannte Halbfeststoff ist die Hälfte des Festelektrolyten und der Flüssigelektrolyt oder die Hälfte der Zelle ist fest und die Hälfte flüssig. Daher gibt es quasi feste, die hauptsächlich fest sind und eine kleine Menge flüssig ist.

Über Festkörper-Lithiumbatterien im In- und Ausland

Festkörper-Lithiumbatterien heizen sich weiter auf und die USA, Europa, Japan, Südkorea und China investieren alle. Die Mentalität jedes Landes ist nicht dieselbe.

In den Vereinigten Staaten beispielsweise sind kleine Unternehmen und unternehmerische Unternehmen die Hauptstützen. In den USA gibt es zwei gute Unternehmen, sowohl Start-ups als auch Sakti3. Die Driving Range kann 500 Kilometer erreichen und steckt noch in den Kinderschuhen. Eine andere heißt SolidPower und wurde von mehreren großen Unternehmen wie BMW investiert. Die Vereinigten Staaten sind hauptsächlich ein kleines Unternehmen, ein Startup-Unternehmen, das auf disruptiven Technologien basiert.

In Japan handelt es sich im Grunde genommen um eine Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie. Der bekannteste Toyota wird 2022 kommerzialisiert.

Mal sehen, was Toyota macht? Was Toyota tut, ist keine solide Lithium-Metall-Batterie. Es ist eine Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie. Seine negative Elektrode ist Graphit, Sulfidelektrolyt, positive Hochspannungselektrode. Wenn die Einzelzellenbatterie eine Kapazität von 15 Ampere hat, beträgt die Spannung mehr als zehn V. Die Realisierung der Kommerzialisierung im Jahr 2022 ist zuverlässig.

In Japan gibt es also keine Subversion- oder Lithium-Ionen-Batterien, die positiven und negativen können auch vorher verwendet werden. Südkorea ist auch eine Anode auf Graphitbasis, keine Lithium-Metall-Anode, ähnlich wie Japan.

Die Situation in China, Japan und Korea ist ähnlich, da wir bereits eine große Industriekette von Lithium-Ionen-Batterien haben und diese nicht neu erfinden wollen.

Drittens umfassende Überprüfung und Ausblick

Erstens wird erwartet, dass Lithium-Ionen-Batterien das Ziel von 300 Wattstunden / kg bis 2020 erreichen.

Gegenwärtig sind Technologieforschung und -entwicklung im In- und Ausland im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau, aber die Sicherheitsforschung muss gestärkt werden. Der Kern dieser Batterie ist die Sicherheit.

Zweitens machen Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Batterien als zwei neue Arten von Systemen zur Erreichung langfristiger Ziele derzeit im In- und Ausland nur langsame Fortschritte. Im Jahr 2017 waren keine bahnbrechenden Fortschritte zu verzeichnen.

Im Prinzip ist das Gewichts-Gewichts-Verhältnis der Lithium-Schwefel-Batterie im Wesentlichen gleich dem von Volumen-Volumen, so dass es ziemlich schwierig ist, die Volumen-Volumen-Energie zu erhöhen.

Der Bedarf an volumetrischer Energie in Personenkraftwagen und Autos kann wichtiger sein als das Gewichtsverhältnis Energie. Obwohl es 400 Wattstunden / kg pro Kilogramm gibt, beträgt die volumetrische Energie nur 400 Wattstunden / Liter. Es ist nicht gut darüber zu reden.

Lithium-Ionen-Batterien haben beispielsweise im Allgemeinen ein Gewichtsverhältnis von 300 Wattstunden / kg und ein Volumenverhältnis von 600 Wattstunden / Liter.

Es sollte gesagt werden, dass Lithium-Luft-Batterien alle Schwierigkeiten haben, Zink-Luft-Batterien, Wasserstoff-Brennstoffzellen und Lithium-Sekundärbatterien zu integrieren. Im Gegensatz dazu sind Wasserstoffbrennstoffzellen wettbewerbsfähiger.

Drittens heizt sich die Industrialisierung von Forschung und Entwicklung von Festkörper-Lithiumbatterien weiter auf, wird jedoch durch die beiden Probleme der Stabilität der Grenzfläche zwischen Festkörper und Feststoff und der Aufladbarkeit der negativen Lithiumelektroden aus Metall eingeschränkt. Die echte Vollfeststoff-Lithium-Metall-Anodenbatterie ist noch nicht ausgereift, aber anorganische Lithium-Ionen-Batterien mit Sulfid als Festelektrolyt sollten einen Durchbruch erzielen.

Betrachtet man den Weg der Entwicklung von Festkörperbatterien im Allgemeinen, so kann der Elektrolyt von flüssig, halbfest, fest-flüssig zu fest und schließlich zu allen Festkörpern gemischt werden.

Die negative Elektrode verläuft von der negativen Graphitelektrode zur negativen Siliziumkohlenstoffelektrode. Wir wandeln uns jetzt von der Graphit-Negativelektrode zur Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrode um, und schließlich ist es möglich, zur Metall-Lithium-Negativelektrode zu gelangen, aber es besteht immer noch technische Unsicherheit.

Viertens hat China 2017 einige Durchbrüche in Bezug auf lithiumreiche Kathodenmaterialien mit hoher Kapazität erzielt. Innovative Lithium-Ionen-Batterien auf der Basis von lithiumreichen Kathoden mit hoher Kapazität und Silizium-Kohlenstoff-Anoden mit hoher Kapazität sind praktikabler als Lithium-Schwefel- und Lithium-Luft-Batterien.

Gemäß der obigen Fortschrittsanalyse hat unsere Expertengruppe die Iteration des Entwicklungstrends der Technologiebatterietechnologie (die nicht nur als Referenz auf der nationalen Roadmap für Batterietechnologie basiert) wie folgt optimiert:

1. Im Jahr 2020 beträgt die spezifische Energie 300 Wattstunden / kg, die spezifische Leistung 1000 Wattstunden / Liter, der Zyklus mehr als 1000-mal und die Kosten weniger als 0,8 Yuan / Wattstunde. Das ist sicher.

Was ist das entsprechende Material? Hoher Nickel drei Yuan. Wir alle wissen, dass wir uns jetzt von einem Nickel: Kobalt: Mangan-Verhältnis von 3: 3: 3 zu 6: 2: 2 bewegen, was ein hoher Nickelgehalt ist. Nickel wird zu 6, wandelt sich dann zu 8: 1: 1 um, Nickel wird zu 8, Kobalt weiter auf 1 fallen lassen, sogar Kobalt wird weiter auf 0,5 reduziert. Die negative Elektrode sollte von einer negativen Kohlenstoffelektrode in eine negative Siliziumkohlenstoffelektrode umgewandelt werden. Dies ist unser aktueller technologischer Wandel.

2. Bis 2025 wird das Kathodenmaterial seine Leistung weiter verbessern. Zum Beispiel werden die lithiumreichen Materialien auf Manganbasis, die wir in diesem Jahr wichtige Durchbrüche erzielt haben, natürlich auch andere Materialien enthalten.

Von 2020 bis 2025, von 300 Wattstunden / kg bis 400 Wattstunden / kg, werden die Kosten pro Wattstunde von 8 Cent auf weniger als 6 Cent gesenkt. Zu diesem Zeitpunkt hat unser reines Elektroauto mit allgemeinem Preis-Leistungs-Verhältnis eine angemessene Laufleistung von 300 bis 400 Kilometern.

3. Bis 2030 besteht die Hoffnung auf einen Durchbruch bei Elektrolyten, dh der größte Durchbruch in den Jahren 2025 bis 2030 könnte bei Elektrolyten sein, dh, Festkörper-Lithiumbatterien werden in großem Maßstab industrialisiert, und Batteriezellen werden erwartet 500 Wattstunden / kg erreichen.

Im Jahr 2030 soll das reguläre Preis-Leistungs-Modell mehr als 500 Kilometer erreichen können. Natürlich ist die Zusammenarbeit anderer Technologien erforderlich.