O surgimento de células de bateria de lítio de estado sólido reescreveu completamente a percepção do setor de que "eletrólito líquido=perigo de segurança". Quando os eletrólitos líquidos tradicionais são substituídos por eletrólitos sólidos, as células da bateria não apenas alcançam ignição zero nos testes de perfuração e extrusão de agulha, mas também geram impactos na densidade de energia até 400wh/kg, tornando -se a direção central da tecnologia da próxima geração para baterias de energia.
1 Os 'três reinos' da rota tecnológica: o jogo de diferentes eletrólitos
O eletrólito polimérico é baseado no PEO (óxido de polietileno), com uma condutividade iônica temperatura ambiente de apenas 10 ⁻⁴ s/cm, mas tem boa flexibilidade e é adequada para ligação com células de embalagem macia. O protótipo de bateria de estado sólido da Toyota adota essa solução, reduzindo a espessura do eletrólito para 20 μm e combinando-a com um eletrodo negativo de alta capacidade à base de silício, alcançando carregamento rápido para 80% em 10 minutos e uma faixa de mais de 1000 quilômetros. No entanto, seu desempenho de baixa temperatura é mais fraco, com uma diminuição de 50% na condutividade em -10 graus, tornando -o mais adequado para uso em regiões temperadas.
A condutividade do eletrólito de sulfeto excede 10 ⁻ s/cm, aproximando -se do nível de eletrólito líquido, mas é propenso a rachaduras devido a más propriedades mecânicas. A Panasonic usa a tecnologia nanocompósita para misturá -la com nanotubos de carbono, aumentando a resistência à tração do eletrólito para 15 MPa, que pode suportar a mudança de volume da célula da bateria durante o carregamento e descarga. Sua maior vantagem é o desempenho de baixa temperatura, com uma taxa de retenção de capacidade de 90% a -20 graus, tornando -o adequado para veículos elétricos em regiões frias, como o norte da Europa. No entanto, os sulfetos são propensos a hidrólise e produzem gás H ₂ s, que requer vedação extremamente alta no ambiente de produção.
Os eletrólitos de óxido (como o Llzo Lithium lantanum zircônio oxigênio) têm a melhor estabilidade e podem suportar altas temperaturas de 800 graus. A Samsung os transformou em folhas finas de cerâmica com uma espessura de apenas 50 μm, garantindo isolamento e reduzindo a resistência interna. No entanto, a alta fragilidade e a impedância da interface são suas deficiências. Uma equipe de uma certa academia chinesa de ciências usou a tecnologia "infiltração líquida iônica" para formar uma camada de tampão entre o eletrólito e o eletrodo, reduzindo a impedância da interface em 60% e melhorando o desempenho da taxa de células para 3C (totalmente carregado em 30 minutos).
2 Avanço em dificuldades de produção em massa: o salto de laboratório para a linha de produção
A impedância da interface é o calcanhar de Aquiles de células de estado sólido. O contato entre eletrólitos sólidos e eletrodos positivos e negativos é principalmente contato pontual, resultando em alta resistência à condução de íons de lítio. A chave para resolver esse problema está na modificação da interface. A LG New Energy adota a tecnologia de "deposição da camada atômica" para cultivar uma camada de transição de 5 nm de espessura na superfície do eletrodo positivo, o que aumenta a taxa de migração de íons de lítio em três vezes. O "método de infiltração por fusão", desenvolvido pelas empresas domésticas, aquece o eletrólito para um estado fundido e o entra com o eletrodo para formar uma interface sólida sólida apertada, resultando em uma vida útil do ciclo celular da bateria superior a 2000 vezes.
A inovação da tecnologia de produção em massa é igualmente crucial. O processo de formação a seco das células da bateria de estado sólido de sulfeto elimina a etapa de recuperação do solvente do revestimento úmido tradicional, reduzindo o consumo de energia em 40%; A tecnologia de fundição dos eletrólitos de óxido pode atingir a produção contínua de 10 metros por minuto, o que é 10 vezes mais eficiente que a produção precoce de lotes. A linha piloto de célula de bateria de estado sólido de uma empresa doméstica alcançou uma taxa de rendimento de 78%, com um custo 30% maior que o das células da bateria líquida. Espera-se que caia para o mesmo nível após a produção em larga escala em 2027.
3 Implementação pioneira em campos especiais: aplicativos orientados a segurança
No campo especializado, as baterias de estado sólido demonstraram vantagens únicas. As baterias de estado sólido de baixa temperatura na indústria militar têm uma taxa de retenção de capacidade de descarga de 85% em -40 graus, excedendo em muito os 50% das baterias tradicionais e pode atender às necessidades de fornecimento de energia de equipamentos de pesquisa científica polar e aeronaves de reconhecimento de alta altitude. As baterias de estado sólido utilizadas em dispositivos médicos têm uma vida útil prolongada de até 10 anos devido à ausência de riscos de vazamento de eletrólitos, tornando -os uma nova escolha para desfibriladores e bombas de insulina implantáveis. A bateria implantável de uma certa empresa médica usa células de estado sólido de óxido, reduzindo seu volume em 40%e estendendo o ciclo de curativo do paciente de 1 ano para 3 anos.
A indústria de eletrônicos de consumo também está começando a testar as águas. Uma certa marca de smartwatch está equipada com células de bateria de estado sólido polímero, com uma espessura de apenas 2 mm e uma densidade de energia de 700Wh/L. A duração da bateria foi estendida de 7 a 14 dias e não há risco de incêndio após passar um teste de queda de 1,5 metro. No campo de veículos aéreos não tripulados, as características de alta taxa das baterias de estado sólido de sulfeto reduziram o tempo de carregamento rápido de 1 hora para 20 minutos, melhorando bastante a eficiência operacional.
O desenvolvimento de células de bateria de lítio de estado sólido não é apenas uma simples substituição de eletrólitos, mas também uma inovação sistemática no projeto, sistema de material e processo de produção de toda a célula da bateria. À medida que a tecnologia amadurece, redefinirá os padrões de segurança e os limites de desempenho das baterias de lítio, injetando um novo momento na nova indústria de energia.