Können Festkörperbatterien Lithiumbatterien verbrennen?

In den letzten Tagen sind Festkörperbatterien ein heißes Thema in der Batterieindustrie geworden. Die Quelle ist, dass das US-Unternehmen Fisker Motors vor einigen Tagen eine neue Batterietechnologie herausgebracht hat - eine Festkörperbatterie, die die Kilometerleistung von Elektroauto-Nutzern auf 804 km oder mehr erhöhen soll. Die Ladezeit beträgt nur 1 Minute. Es gibt sogar die Ansicht, dass Festkörperbatterien Lithiumbatterien "Sekunden lang fertig werden" können. Multinationale Automobilhersteller werden im Bereich der Festkörperbatterien immer schneller. Dies sind nicht die ersten Nachrichten über die Entwicklung von Festkörperbatterien.

Inwieweit ist jetzt eine Festkörperbatterie entwickelt? Ist die Leistung als solche wie die Außenwelt so überlegen? Wie weit ist es von der Kommerzialisierung entfernt? In diesem Zusammenhang befragte der Reporter relevante Experten, um Folgendes zu verstehen:

Zwei charakteristische Merkmale von Festkörperbatterien

Erstens beträgt die Energiedichte etwa das 2,5- bis 3-fache einer herkömmlichen Lithiumbatterie;

Zweitens ist es sicherer und beseitigt die Verbrennungsgefahr, die durch Unfälle wie Batteriebruch oder hohe Temperaturen verursacht wird.

Zwei Schwierigkeiten bei Festkörperbatterien

Eines ist das Problem des Elektrolytmaterials selbst;

Die zweite ist die Regulierung und Optimierung der Schnittstellenleistung. Aus heutiger Sicht ist der Kommerzialisierungspfad noch sehr lang.

Es kommt häufig zu Fremdkörperbatterien

In letzter Zeit haben eine Reihe neuer Festkörperbatterietrends die Aufmerksamkeit der Branche auf sich gezogen. Laut ausländischen Medienberichten hat Fisker ein Patent für Festkörperbatterien angemeldet und wird voraussichtlich 2023 eine Massenproduktion erreichen. Fisker behauptet, dass die Festkörperbatterie von Fisker eine dreidimensionale Elektrode mit einer 2,5-fachen Energiedichte einer herkömmlichen verwendet litium-ionen-batterie.

Fisker veröffentlicht nicht nur Neuigkeiten zu Festkörperbatterien, sondern viele Unternehmen und Organisationen auf der ganzen Welt haben auch die neuesten Entwicklungen bei Festkörperbatterien veröffentlicht. Laut "Global Solid State Battery Market 2017 ~ 2021" verstärken Toyota, Panasonic, Samsung, Mitsubishi, BMW, Hyundai, Dyson und andere Unternehmen derzeit die Entwicklung von Reserve-Festkörperbatterien. Bolloré aus Frankreich, Sakti3 aus den USA und Toyota aus Japan repräsentieren die technische Entwicklungsrichtung der drei Festelektrolyte von Polymeren, Oxiden bzw. Sulfiden. Darüber hinaus gibt es Berichte, die Folgendes zeigen:

1. Das französische Unternehmen Borole hat 2.900 Elektrofahrzeuge investiert, die mit 30 kWh Lithium-Polymer-Metallbatterien (LMP) seiner Tochtergesellschaft Batscap ausgestattet sind.

Zweitens entwickelte Toyota eine Festkörper-Lithium-Ionen-Batterie mit einer Energiedichte von 400 Wh / l. Toyota-Forscher sagten, dass die Batterie um 2020 kommerzialisiert wird;

Drittens hat sich die neueste Energiedichte von Festkörperbatterien von Panasonic um das 3- bis 4-fache erhöht. Honda und Hitachi Shipbuilding haben eine Batterie der Ah-Klasse etabliert, die voraussichtlich in drei Jahren in Serie produziert wird.

Für Forschung und Entwicklung haben sich einige ausländische Unternehmen unabhängig im Bereich der Festkörperbatterien entwickelt, während andere sich für gemeinsame Forschung und Entwicklung entschieden haben. Zum Beispiel ist Volkswagen relativ spät in der Entwicklung von Festkörperbatterien, ist aber bereit, diese selbst zu entwickeln. Vor kurzem gab Toyota bekannt, dass es mit Matsushita zusammengearbeitet hat, um Festkörperbatterien zu entwickeln. Einige Tage später gab BMW bekannt, dass es mit SolidPower zusammengearbeitet hat, um Festkörper-Lithiumbatterien zu entwickeln. Bosch und die berühmte japanische GSYUASA (Tangshhao) Battery Company und Mitsubishi Heavy Industries haben gemeinsam eine neue Fabrik gegründet, die sich auf Festkörperanoden-lithium-ionen-batterien konzentriert.

Im Inland verschärfte Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien

In China hat die Chinesische Akademie der Wissenschaften (im Folgenden als "Chinesische Akademie der Wissenschaften" bezeichnet) ein relativ frühes Layout für Festkörperbatterien. Derzeit haben fünf Forschungs- und Entwicklungsteams unterschiedliche Fortschritte erzielt.

1. Das Team von Guo Yuguo vom Institut für Chemie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte einen Festelektrolyten aus Polyetheracrylatpolymer mit einer Oxidationsbeständigkeit von 4,5 Volt.

2. Das Xu Xiaoxiong-Team des Ningbo-Instituts für Werkstoffe der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte Oxide, Sulfid-Festelektrolytmaterialien, Keramikfolien und Festkörperbatterien und versuchte, mit dem Unternehmen zu industrialisieren. Derzeit hat das Team die Führung bei der Entwicklung einer Reihe von Festkörper-Einzelzellen mit einer Kapazität von 0,2 Ah ~ 10 Ah übernommen. Die Energiedichte von 10-Ah-Festkörper-Einzelzellen erreicht 260 Wh / kg, und die Kapazitätsretentionsrate von 1000 Zyklen beträgt 88%.

3. Cui Guanglei vom Qingdao Institute of Bioenergy der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entwickelte einen Festelektrolyten aus Polypropylencarbonat, Cellulose und Lithiumlanthancirkoniumoxid. Die Energiedichte der entwickelten Batterie erreichte 300 Wh / kg und beendete die Tiefsee zum ersten Mal im Marianengrabentest.

4. Guo Xiangxin, Team des Shanghai Institute of Ceramics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, entwickelte einen Festelektrolyten aus Polyethylenoxid, Lithium-Lanthan-Zirkonium-Oxid und eine 2-Ah-Fest-Lithium-Ionen-Batterie.

V. Das Institut für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften schlug das Konzept der In-situ-Verfestigung vor und überprüfte es. Die Energiedichte der weichverpackten 10-Ah-Zelle erreichte 310-390 Wh / kg, und die volumetrische Energiedichte erreichte 800 bis 890 Wh / l. Die Batterie kann Raumtemperatur 90 haben. Bei ° C zirkulieren.

Darüber hinaus hat das berühmte inländische Batterieunternehmen Ningde Ära in die Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien investiert. Gegenwärtig hat der Feststoffbatteriezyklus aus Polymerlithiummetall in der Ningde-Ära mehr als 300 Wochen erreicht, und die Kapazitätsbeibehaltungsrate hat 82% erreicht.

Die Kommerzialisierung muss noch viele Mängel beseitigen

Heutzutage ist die Entwicklung von Festkörperbatterien in vollem Gange. Welche Art von Entwicklung wird es auf lange Sicht zeigen? Ein maßgeblicher Experte für Festkörperbatterien erklärte gegenüber den China Automotive News, dass die Entwicklung von Festkörperbatterien hauptsächlich auf zwei Wegen erfolgt: Einer ist der Polymerweg; Die andere ist die rein anorganische Keramikroute, und die rein anorganische Keramikroute kann in Oxid- und Sulfidrichtungen unterteilt werden. Derzeit weisen beide technischen Strecken unüberwindbare Mängel auf und können nicht in großem Umfang kommerzialisiert werden.

Festkörperbatterie mit Keramikroute

Das größte Problem der Festkörperbatterie mit Keramikroute besteht darin, dass die Energiedichte relativ niedrig ist, ähnlich wie bei der lithiumtitanatbatterie in der vorhandenen Batterie, die eine geringere Energie als die lithiumeisenphosphat- und die ternäre Materialbatterie aufweist, jedoch aufgeladen werden kann und mit einer großen Geschwindigkeit entladen. Die relativ geringe Energiedichte macht mit Keramik ausgekleidete Festkörperbatterien weniger wirtschaftlich als vorhandene Batterien. Der Experte sagte Reportern, dass Japan seit mehr als 10 Jahren auf der Keramikroute Festkörperbatterie ist und einen Vorsprung hat. Die im japanischen Propagandabericht vorgeschlagene 15-minütige Stromversorgung ist absolut glaubwürdig.

Polymer Festkörperbatterie

Polymer-Festkörperbatterien haben höhere Energiedichten, aber niedrigere Laderaten. Berichten zufolge ist der Innenwiderstand zwischen der Festkörperbatterie-Grenzfläche des Polymers groß und das vollständige Laden dauert mehr als 5 Stunden. Aufgrund der hohen Energiedichte kann ein schnelles Laden gefährlich sein. Aufgrund des großen Innenwiderstands verursachen Festkörperbatterien aus Polymer beim Laden einen Energieverlust, ein Problem, das nicht ignoriert werden kann. Darüber hinaus ist das tödlichste Problem bei Polymer-Festkörperbatterien die hohe Ladetemperatur und die niedrige Laderate bei Raumtemperatur, was kommerzielle Anwendungen in großem Maßstab einschränkt. Die meisten Forschungseinrichtungen und Unternehmen in China zielen derzeit jedoch auf Polymer-Festkörperbatterien ab.

Aus der Perspektive der Entwicklung der globalen Festkörperbatterietechnologie ist China nicht rückständig und mit ausländischer Spitzentechnologie vergleichbar. Cui Guanglei, ein Forscher am Qingdao-Institut für Bioenergie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte Reportern, dass die von dem von ihm geleiteten Team entwickelte Festkörperbatterie die Demonstration der Anwendung „Qingeng-1“ in der Tiefsee erfolgreich durchgeführt habe Graben, was China nach Japan zum zweiten Meister des ganzen Meeres macht, dem Land der Lithium-Energietechnologie.

Ouyang Ming, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Professor an der Tsinghua-Universität, sprach auch über die Entwicklung von Festkörperbatterien. Er sagte:

Die Vereinigten Staaten konzentrieren sich auf die Entwicklung von Festkörper-Lithiumbatterien mit großer Kapazität für organisch-anorganische Verbundfestelektrolyte mit kleinen Unternehmen und unternehmerischen Unternehmen. Sowohl Japan als auch Südkorea haben Festkörper-Lithiumbatterien mit großer Kapazität unter Verwendung anorganischer Festelektrolyte entwickelt, und mehrere Unternehmen haben Pläne für die Massenproduktion eingeführt. Ähnlich ist die Situation in China, Japan und Südkorea. Drei Länder haben bereits große Ketten der Lithium-Ionen-Batterieindustrie und wollen sich nicht neu erfinden.

Im Allgemeinen kann bei der Entwicklung von Festkörperbatterien und Elektrolyten der Weg von flüssiger, halbfester, fest-flüssiger Mischung zur Festkörperentwicklung und schließlich zum gesamten Festkörper folgen. Im Fall der negativen Elektrode der Übergang von der negativen Graphitelektrode zur negativen Siliziumkohlenstoffelektrode. Gegenwärtig wandelt sich China von einer Graphitanode zu einer Siliziumkohlenstoffanode um, und schließlich ist es möglich, sich einer Lithiummetallanode zuzuwenden. Es gibt jedoch technische Unsicherheiten auf dieser Route.

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