¿Cuál es el estado actual del desarrollo de la tecnología de baterías de estado sólido?

Ruta técnica de las baterías de estado sólido

Las baterías de estado sólido actualmente tienen muchos sistemas técnicos, incluidos sulfuros, óxidos, películas delgadas y polímeros sólidos. En el avance de la tecnología temprana de baterías de estado sólido, las tecnologías de polímeros de estado sólido y de película delgada son las principales tendencias. En los últimos años, empresas como Bosch y Dyson han seguido aumentando la inversión en estas dos tecnologías de baterías de estado sólido. , pero esto El enfoque de ambas compañías es ponerse al día en tecnología de baterías a través de adquisiciones.

Sin embargo, las tecnologías de película delgada y polímero sólido tienen dos problemas fatales de "alto costo" y "baja conductividad". Por ejemplo, la tecnología de película delgada no puede lograr una alta conductividad a temperatura ambiente (alrededor de 25 °), por lo que necesita calentarse y calentarse continuamente. mantenido a 60° para asegurar una alta conductividad. Por lo tanto, en muchos de los primeros vehículos de producción de prueba de baterías de estado sólido, la batería en sí misma no podía ejercer otras ventajas porque dependía del calentamiento continuo, lo que provocaba una pérdida de potencia propia.

Toyota se ha centrado en el desarrollo de la tecnología de baterías de estado sólido de sulfuro, pero el sulfuro en sí mismo es muy activo y una vez que entra en contacto con el agua durante la producción y el uso, se producirá sulfuro de hidrógeno. El sulfuro de hidrógeno es una sustancia química inflamable y peligrosa que puede formar una mezcla explosiva cuando se mezcla con el aire y puede causar combustión y explosión cuando se expone a llamas abiertas y altas temperaturas. Por lo tanto, aunque el costo de producción de la ruta de la tecnología de batería de estado sólido de sulfuro es más bajo que el de la tecnología de película delgada, si se garantiza que la seguridad desde el final de la fabricación hasta el final de la aplicación es lo suficientemente alta, el umbral es más alto. De hecho, también se añade desde otra perspectiva: Costes de desarrollo.

La última ruta de tecnología de óxido también tiene sus propias deficiencias. El óxido en sí es muy estable, lo que resulta en una alta "fragilidad" y mayores requisitos para la producción. Al mismo tiempo, la conductividad no tiene ventajas, pero en un sentido amplio, en comparación Para las otras tres rutas, es más fácil superar la dificultad de producción que superar el costo y la seguridad. Por lo tanto, en este artículo, también entrevistamos a un proveedor de tecnología de baterías de estado sólido que actualmente está cerca de la comercialización para comprender algunos de Las baterías de estado sólido de óxido cerámico.Ventajas técnicas y diferencias con las baterías de alimentación tradicionales.

En la exposición CES 2019, entrevistamos a ProLogium Technology Co., Ltd. (en lo sucesivo, PLG), que es un proveedor especializado en la investigación y el desarrollo de tecnología de baterías de litio.Desde su creación en 2006, se necesitaron 8 años para superar tecnología de óxido cerámico. Al mismo tiempo, la tecnología de batería de estado sólido es también el proyecto central de investigación y desarrollo de la empresa. El nombre completo de esta tecnología es: batería de cerámica de litio de estado sólido LCB. Sus características técnicas son: alta densidad de energía y alto voltaje Para el desarrollo y aplicación actual de vehículos eléctricos puros, estas dos características son, sin duda, muy críticas.

La densidad de energía es una ventaja inherente, entonces, ¿cómo lograr un alto voltaje?

Debido a que la batería de energía tradicional usa electrolito líquido dentro de la batería individual, y el voltaje de transporte supera los 5 V, puede descomponerse fácilmente o incluso explotar, por lo que solo se puede conectar externamente pero no internamente. Pero las baterías de estado sólido tienen tales ventajas inherentes. Las baterías de cerámica de litio de estado sólido se pueden conectar en serie primero dentro de la batería, de modo que el voltaje nominal de una sola celda de batería puede ser de 7,4 V, y la pila máxima en serie puede ser de hasta 60 V. El voltaje de una sola batería es mucho más alto que el de las baterías de energía tradicionales.

Después de realizar el soporte interno de alto voltaje en serie, las baterías de estado sólido también pueden realizar la tecnología de batería bipolar, que también es imposible para las baterías de energía tradicionales. Cuando las celdas individuales se apilan y conectan en serie, las capas superior e inferior de materiales conductores se agregan para realizar la conexión de los polos positivo y negativo de dos vías, y luego se conectan en serie con otro paquete de baterías en la dirección horizontal nuevamente, Se pueden realizar hasta 4 × 6 hasta 24 celdas individuales con electrodos positivos y negativos de dos vías. Con la tecnología en serie de conexión a tope de polo, el voltaje se superpondrá y aumentará nuevamente para formar un solo paquete de batería completo.

Finalmente, después de apilar 6 piezas de 24 paquetes de baterías en serie, se agregan a la carcasa de aluminio para formar un solo paquete de baterías de estado sólido (Celda). La capacidad puede alcanzar más de 20kWh y la densidad de energía de un solo paquete de baterías sólidas. El sistema estatal de paquete de baterías puede alcanzar los 255 Wh/kg. En 2020, este dato aumentará a 270 Wh/kg. ¿Cuál es el concepto de densidad de energía de este sistema? Puede comparar la política de subsidios para vehículos de nueva energía de China en 2018.

"En la actualidad, la densidad de energía de los sistemas de baterías de energía de los vehículos eléctricos domésticos todavía se mantiene en alrededor de 140wh/kg".

En teoría, el sistema de control electrónico BMS debería ser más complicado a medida que aumenta la densidad y el voltaje, pero de hecho, el sistema de gestión de las baterías de estado sólido también se ha simplificado, lo que una vez más reduce el peso del paquete final de baterías y el volumen. que es una de las razones de la mayor densidad de energía del sistema.

Además de las ventajas de las baterías de estado sólido, ¿cuáles son las desventajas?

Aumento doble de densidad y voltaje, ¿cómo resolver la disipación de calor?

En términos de disipación de calor, las baterías de estado sólido también tienen ventajas inherentes.La temperatura de todo el paquete de baterías permanecerá dentro de los 26° desde la carga completa hasta la descarga, mientras que la temperatura de la batería cilíndrica actual estará por encima de los 40° después de la descarga completa. proceso. Aunque la tecnología de batería de estado sólido es actualmente la misma que la batería cilíndrica, también utiliza refrigeración por agua, pero debido a que la temperatura de descarga se puede mantener más baja, la disipación de calor es otra gran ventaja.

En función de la baja temperatura de descarga de la propia batería de estado sólido, se pueden realizar más optimizaciones en el método de disipación de calor. Por ejemplo, se agrega pegamento de disipación de calor entre la batería y el paquete de baterías, y luego el calor se dirigirá a los radiadores de agua en ambos lados del paquete de baterías a través del pegamento de disipación de calor, lo que reduce aún más el volumen y el peso de la disipación de calor del agua. .

El proveedor de tecnología de baterías de estado sólido también afirmó que, en comparación con las baterías de energía tradicionales, esta tecnología de baterías de vanguardia tiene la ventaja de aumentar la densidad como un aspecto central. Partiendo de la premisa de que la propia batería de estado sólido tiene una ventaja de densidad, aún es necesario seguir optimizando la superposición de densidad de todo el grupo por otros medios. Por lo tanto, para todo el paquete de baterías, el espacio y el peso ocupados por otros cables o sistemas de enfriamiento deben reducirse tanto como sea posible, de modo que el paquete de baterías pueda tener un aumento de densidad total máximo.

De hecho, el sistema de enfriamiento y el sistema de control de la batería BMS actualmente ocupan mucho espacio en el paquete de baterías cilíndricas. Algunas personas han discutido si el paquete de baterías prismáticas tiene una mejor ventaja de densidad que el paquete de baterías cilíndricas. La razón es que la batería prismática paquete El diseño de disipación de calor ocupa menos espacio y, por supuesto, la batería líquida también tiene las mismas ventajas.

¿Hay alguna ventaja en la vida y atenuación de las baterías de estado sólido?

Con la ventaja de liderar en densidad, ¿existe también una ventaja en términos de vida útil y atenuación? Los proveedores de tecnología de baterías de estado sólido también dijeron que, en comparación con las baterías de energía tradicionales, las baterías de estado sólido en realidad no tienen ventajas de vida obvias. Sin embargo, el costo actual de las baterías de estado sólido aún no puede soportar su producción en masa.

Con respecto a los medios técnicos para optimizar la vida útil de las baterías de estado sólido, reducirá la "pérdida de detección" y mejorará la "precisión de detección" a través de cables de detección de voltaje más pequeños. El beneficio es hacer que la carga y descarga de la batería sea más eficiente. la batería de energía tradicional, la pérdida en la detección de voltaje es menor y el cambio de dirección mejora la vida útil de la batería. En cuanto a la vida específica y la atenuación de la batería de estado sólido actual, el tecnólogo dijo que después de 1,000 ciclos completos de carga y descarga, la batería aún puede retener el 88 % de su vida original.

¿Hay alguna ventaja en la eficiencia de carga de las baterías de estado sólido?

La eficiencia de carga de las baterías de estado sólido no es mucho mayor que la de las baterías de litio actuales.Bajo la misma densidad de energía, el tiempo de carga de las baterías de estado sólido es de aproximadamente 1 hora, pero las baterías de litio actuales también tienen la misma eficiencia de carga. Además, en términos de duración de la batería, la batería de estado sólido puede mantener el 84 % de su vida útil después de 500 ciclos completos de carga y descarga, y los datos también son básicamente consistentes con la tecnología de batería actual. Sin embargo, el informe también mencionó que los electrodos en las baterías de estado sólido absorben los iones de manera más eficiente. Aunque la eficiencia de carga actual no es ideal, todavía hay espacio para el desarrollo.

En la actualidad, la tecnología de batería de estado sólido cerámico de PLG se encuentra en un estado de producción en masa a pequeña escala, y dijo que se ha comunicado con las compañías automotrices europeas, estadounidenses, japonesas y chinas en el lado de la oferta. cuatro vehículos de producción de prueba en Europa, pero el oficial no es conveniente revelar la marca de automóvil específica. En la actualidad, también está construyendo una Gigafábrica de baterías de estado sólido, que se espera que entre en producción oficialmente en 2020, lo que también es una señal para la producción en masa de baterías de estado sólido. Otra ruta es autorizar la "PI de tecnología de baterías de estado sólido" a otros fabricantes de baterías o fabricantes de automóviles, como proveedor de tecnología para promover el desarrollo de baterías de estado sólido, y el punto de tiempo para esta visión se establecerá en 2022.

De acuerdo con los objetivos técnicos de "Hecho en China 2025", la densidad de energía de las celdas de batería de litio alcanzará los 300 Wh/kg para 2020 y los 400 Wh/kg para 2025, por lo que la tecnología de baterías de estado sólido sigue siendo la dirección de desarrollo más preocupante en el mundo. . En la actualidad, las marcas de automóviles chinas no han visto un progreso específico en el seguimiento de las baterías de estado sólido. Sin embargo, siguiendo las reglas de la industria de "cuanto más cerca de la producción en masa, más confidencial es", ¿pueden las marcas de automóviles chinas traer alguna sorpresa? en el futuro?¿Paño de lana?