Nedávno vyvolala búrlivé diskusie správa CCTV o „nabíjaní na jednu hodinu a v radení na štyri hodiny“.Životnosť batérie a problémy s nabíjaním nových energetických vozidiel sa opäť stali horúcou témou pre každého.V súčasnosti sú v porovnaní s tradičnými tekutými lítiovými batériami polovodičové lítiové batéries vyššou bezpečnosťou, vyššou hustotou energie, dlhšou životnosťou batérie a širšími oblasťami použitiaZasvätenci priemyslu široko považujú za smer budúceho vývoja lítiových batérií.Spoločnosti súťažia aj o usporiadanie.
Hoci lítiová batéria v pevnej fáze nemôže byť v krátkodobom horizonte komercializovaná, proces výskumu a vývoja technológie pevných lítiových batérií zo strany veľkých spoločností sa v poslednom čase zrýchľuje a zrýchľuje a dopyt na trhu môže podporiť masovú výrobu pevných uveďte lítiovú batériu v predstihu.Tento článok bude analyzovať vývoj trhu s pevnými lítiovými batériami a proces prípravy polovodičových lítiových batérií a umožní vám preskúmať existujúce príležitosti na trhu automatizácie.
Pevné lítiové batérie majú výrazne lepšiu hustotu energie a tepelnú stabilitu ako tekuté lítiové batérie
V posledných rokoch neustále inovácie v oblasti nadväzujúcich aplikácií kladú stále vyššie požiadavky na priemysel lítiových batérií a technológia lítiových batérií sa tiež neustále zdokonaľuje a smeruje k vyššej špecifickej energii a bezpečnosti.Z pohľadu vývoja technológie lítiových batérií sa hustota energie, ktorú môžu tekuté lítiové batérie dosiahnuť, postupne priblížila k svojmu limitu a polovodičové lítiové batérie budú jedinou cestou pre vývoj lítiových batérií.
Podľa „Technického plánu pre úsporu energie a nové energetické vozidlá“ je cieľ energetickej hustoty napájacích batérií 400 Wh/kg v roku 2025 a 500 Wh/kg v roku 2030.Aby sa dosiahol cieľ do roku 2030, existujúca cesta technológie tekutých lítiových batérií nemusí byť schopná prevziať zodpovednosť.Je ťažké prekonať strop energetickej hustoty 350 Wh/kg, ale hustota energie polovodičových lítiových batérií môže ľahko prekročiť 350 Wh/kg.
V dôsledku dopytu na trhu krajina tiež prikladá veľký význam vývoju pevných lítiových batérií.V „Pláne rozvoja odvetvia nových energetických vozidiel (2021 – 2035)“ (návrh na pripomienkovanie) vydanom v decembri 2019 sa navrhuje posilniť výskum, vývoj a industrializáciu polovodičových lítiových batérií a zvýšiť výrobu polovodičových lítiových batérií. na národnú úroveň, ako je uvedené v tabuľke 1.
Tabuľka 1 Porovnávacia analýza tekutých batérií a polovodičových batérií
Nielen pre nové energetické vozidlá, priemysel skladovania energie má široký aplikačný priestor
Rýchly rozvoj priemyslu nových energetických vozidiel, ovplyvnený presadzovaním národných politík, poskytne široký rozvojový priestor pre pevné lítiové batérie.Okrem toho sú pevné lítiové batérie tiež uznávané ako jeden z nových technologických smerov, od ktorých sa očakáva, že prelomia prekážku technológie skladovania elektrochemickej energie a splnia budúce potreby rozvoja.Pokiaľ ide o skladovanie elektrochemickej energie, lítiové batérie v súčasnosti predstavujú 80 % skladovania elektrochemickej energie.Kumulatívna inštalovaná kapacita skladovania elektrochemickej energie v roku 2020 je 3 269,2 MV, čo predstavuje nárast o 91 % v porovnaní s rokom 2019. V kombinácii s usmerneniami krajiny pre rozvoj energetiky, dopytom po skladovaní elektrochemickej energie na strane užívateľa, zariadeniami napojenými na sieť z obnoviteľných zdrojov a v iných oblastiach sa očakáva rýchly rast, ako je znázornené na obrázku 1.
Predaj a rast nových energetických vozidiel od januára do septembra 2021 Kumulatívna inštalovaná kapacita a tempo rastu projektov skladovania chemickej energie v Číne od roku 2014 do roku 2020
Obrázok 1 Predaj a rast nových energetických vozidiel;kumulatívna inštalovaná kapacita a rýchlosť rastu projektov skladovania chemickej energie v Číne
Podniky urýchľujú proces výskumu a vývoja a Čína vo všeobecnosti uprednostňuje oxidové systémy
V posledných rokoch začali kapitálový trh, spoločnosti zaoberajúce sa batériou a veľké automobilky rozširovať výskumné usporiadanie polovodičových lítiových batérií v nádeji, že ovládnu konkurenciu v technológii energetických batérií novej generácie.Podľa súčasného pokroku však bude trvať 5 až 10 rokov, kým plne pevné lítiové batérie dospejú vo vede a vo výrobnej technológii pred masovou výrobou.Medzinárodné bežné automobilky ako Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai atď. zvyšujú svoje investície do výskumu a vývoja do technológie pevných lítiových batérií;pokiaľ ide o spoločnosti zaoberajúce sa batériami, ďalej sa rozvíjajú aj CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD atď.
Celopevné lítiové batérie možno rozdeliť do troch kategórií podľa materiálov elektrolytu: polymérové polovodičové lítiové batérie, sulfidové polovodičové lítiové batérie a oxidové polovodičové lítiové batérie.Polymérová lítiová batéria v tuhom stave má dobrý bezpečnostný výkon, sulfidová lítiová batéria v tuhom stave sa ľahko spracováva a oxidová lítiová batéria v tuhom stave má najvyššiu vodivosť.V súčasnosti európske a americké spoločnosti preferujú oxidové a polymérne systémy;Japonské a kórejské spoločnosti vedené Toyotou a Samsungom sa viac zaujímajú o sulfidové systémy;Čína má výskumníkov vo všetkých troch systémoch a vo všeobecnosti uprednostňuje oxidové systémy, ako je znázornené na obrázku 2.
Obrázok 2 Usporiadanie výroby polovodičových lítiových batérií batériových spoločností a veľkých automobilových spoločností
Z pohľadu napredovania výskumu a vývoja je Toyota v zahraničí uznávaná ako jeden z najsilnejších hráčov na poli polovodičových lítiových batérií.Toyota prvýkrát navrhla relevantný vývoj v roku 2008, keď spolupracovala so spoločnosťou Ilika, štartovacím systémom s lítiovou batériou v pevnej fáze.V júni 2020 už elektrické vozidlá Toyota vybavené pevnými lítiovými batériami vykonali jazdné testy na testovacej trase.Teraz sa dostal do štádia získavania údajov o jazde vozidla.V septembri 2021 Toyota oznámila, že do roku 2030 investuje 13,5 miliardy dolárov do vývoja batérií novej generácie a dodávateľských reťazcov batérií vrátane polovodičových lítiových batérií.Na domácom trhu Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy a Ganfeng Lithium Industry založili v roku 2019 malé pilotné výrobné linky pre polotuhé lítiové batérie.V septembri 2021 prešla polovodičová lítiová batéria Jiangsu Qingtao 368Wh/kg národnou silnou inšpekčnou certifikáciou, ako je uvedené v tabuľke 2.
Tabuľka 2 Plány výroby polovodičových batérií veľkých podnikov
Procesná analýza pevných lítiových batérií na báze oxidu, proces lisovania za tepla je novým článkom
Zložitá technológia spracovania a vysoké výrobné náklady vždy obmedzovali priemyselný vývoj polovodičových lítiových batérií.Procesné zmeny pevných lítiových batérií sa odrážajú najmä v procese prípravy článkov a ich elektródy a elektrolyty majú vyššie požiadavky na výrobné prostredie, ako je uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3 Procesná analýza pevných lítiových batérií na báze oxidu
1. Predstavenie typického zariadenia – laminovanie za horúca
Predstavenie funkcie modelu: Laminovací lis za tepla sa používa hlavne v časti procesu syntézy plne pevných lítiových batériových článkov.V porovnaní s tradičnou lítiovou batériou je proces lisovania za tepla novým článkom a chýba spojka na vstrekovanie kvapaliny.vyššie požiadavky.
Automatická konfigurácia produktu:
• Každá stanica potrebuje používať 3~4 osové servomotory, ktoré sa používajú na laminovanie a lepenie;
• Použite HMI na zobrazenie teploty vykurovania, vykurovací systém potrebuje PID riadiaci systém, ktorý vyžaduje vyšší snímač teploty a vyžaduje väčšie množstvo;
• Riadiaca jednotka PLC má vyššie požiadavky na presnosť riadenia a kratšiu dobu cyklu.V budúcnosti by mal byť tento model vyvinutý na dosiahnutie ultra-vysokorýchlostnej laminácie lisovaním za tepla.
Medzi výrobcov zariadení patria: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. a Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.
2. Predstavenie typického zariadenia – odlievacieho stroja
Zavedenie modelovej funkcie: Zmiešaná prášková suspenzia sa dodáva do odlievacej hlavy cez zariadenie automatického podávacieho systému a potom sa aplikuje škrabkou, valčekom, mikrokonkávnym a inými metódami nanášania podľa požiadaviek procesu a potom sa suší v sušiarni.Podkladovú pásku spolu so zeleným telom je možné použiť na prevíjanie.Po vysušení môže byť surové telo odlúpnuté a orezané a potom narezané na šírku špecifikovanú používateľom, aby sa odlial polotovar filmového materiálu s určitou pevnosťou a flexibilitou.
Automatická konfigurácia produktu:
• Servo sa používa hlavne na navíjanie a odvíjanie, vyrovnávanie odchýlky a regulátor ťahu je potrebný na nastavenie napätia v mieste navíjania a odvíjania;
• Použite HMI na zobrazenie teploty vykurovania, vykurovací systém potrebuje PID riadiaci systém;
• Prietok ventilátora musí byť regulovaný frekvenčným meničom.
Medzi výrobcov zariadení patria: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – pobočka zariadení Xinbaohua.
3. Zavedenie typického zariadenia – pieskový mlyn
Predstavenie funkcie modelu: Je optimalizovaný pre použitie malých brúsnych guľôčok, od flexibilného rozptylu až po ultra-vysoko energetické brúsenie pre efektívnu prácu.
Automatická konfigurácia produktu:
• Pieskové mlyny majú relatívne nízke požiadavky na riadenie pohybu, vo všeobecnosti nepoužívajú servomotory, ale na výrobný proces pieskovania používajú bežné nízkonapäťové motory;
• Použite frekvenčný menič na nastavenie otáčok vretena, ktoré môže riadiť mletie materiálov pri rôznych lineárnych rýchlostiach, aby vyhovovali rôznym požiadavkám na jemnosť mletia rôznych materiálov.
Medzi výrobcov zariadení patria: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd., a Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.
Čas odoslania: 18. máj 2022