¿Qué son las baterías de estado sólido?

Ya en mayo de este año, muchos medios de comunicación han estado promocionando el proyecto de 6 mil millones de baterías de estado sólido.

Posteriormente, algunas empresas de baterías de estado sólido han anunciado que industrializarán baterías totalmente de estado sólido en 2027. A continuación se han realizado varias conferencias de prensa para anunciar cuán altas pueden ser la densidad de energía y el rendimiento del ciclo. A menudo se puede oír la densidad de energía de una sola celda de una determinada empresa de 700+Wh/kg.

Entonces, ¿qué es exactamente una batería de estado sólido? ¿Qué nivel ha alcanzado el mercado ahora? Después de comunicarme con muchos amigos a mi alrededor, descubrí que el primer concepto que es fácil de confundir con las baterías de estado sólido es semisólido y completamente sólido.

Se puede decir que casi todas las denominadas baterías de estado sólido que circulan actualmente en el mercado son baterías de estado semisólido, es decir, una mezcla sólido-líquido. Sin embargo, después de desmontar muchas baterías de estado sólido, se descubrió que la llamada mezcla sólido-líquido es en realidad difícil de ver y es casi el mismo que el estado de las baterías líquidas. Incluso a través de algunas caracterizaciones precisas, es difícil encontrar pistas.

Hay dos empresas chinas representativas: Qingtao y Weilan. El sistema principal de Qingtao es el fosfato de litio y hierro (por supuesto, también tienen un sistema ternario), y Weilan está representado por el ternario (por supuesto, también tienen hierro y litio). La primera es principalmente tecnología de recubrimiento cerámico y la segunda se anuncia como tecnología de curado in situ (el énfasis está en la publicidad). Se dice que Qingtao tiene actualmente celdas de 380 Wh/kg en circulación, y Weilan vende actualmente celdas de 350 Wh/kg con una capacidad de 110 Ah.

¿Qué pasa con las baterías totalmente de estado sólido? Las baterías totalmente de estado sólido se dividen principalmente en óxidos, polímeros y sulfuros (por supuesto, también hay haluros). A juzgar por el estado actual de desarrollo de las empresas líderes en general, toda la ruta tecnológica es el sulfuro. La llamada batería de estado sólido de sulfuro es en realidad una mezcla de materiales de electrodos positivos y negativos con electrolitos y agentes conductores aglutinantes para formar un electrodo positivo (por supuesto, existen métodos secos y húmedos), y luego el electrolito y una pequeña cantidad de El aglutinante se mezcla para formar una película (por supuesto, existen métodos secos y húmedos). Si se trata de un método húmedo, el sistema de sulfuro es muy sensible al sistema de disolvente y, por supuesto, se requiere un aglutinante especial. Finalmente, los electrodos positivo y negativo y la membrana del electrolito se apilan capa por capa para formar una celda de batería de estado sólido. Cada uno de estos procesos tiene una brecha que bloquea la industrialización de baterías totalmente de estado sólido.

La segunda cosa que es fácil de confundir es la batería de estado sólido=de alta seguridad y alta densidad de energía.

Este es un gran malentendido por parte de la mayoría de la gente, incluidos los de la industria. Piensan que las baterías totalmente de estado sólido tienen una alta densidad de energía. Muchas personas ajenas a la industria a menudo ponen sus esperanzas en las baterías de estado sólido y dicen a menudo que "no habrá líquido cuando salgan las baterías de estado sólido". De hecho, este no es el caso. Para entender esta lógica, primero debemos partir del concepto de densidad de energía: densidad de energía=energía/peso, y la energía está determinada por el propio material, por lo que la densidad de energía de la celda de la batería está determinada por el sistema material. de la batería.

Las baterías de hierro-litio actualmente tienen un rendimiento de 180 Wh/kg. Dado que las baterías ternarias se dividen en muchos sistemas, su densidad de energía está básicamente en el rango de 240-360 o incluso 380 Wh/kg (más de 285 Wh/kg requieren materiales a base de silicio). Por supuesto, el sistema de óxido de litio y cobalto tiene básicamente más de 200 densidades de energía. Ahora, mucha propaganda sobre la densidad de energía en el mercado ha alcanzado los 450, 500, 600 o incluso 700 Wh/kg o más. Básicamente, el material del electrodo negativo es metal litio o no tiene electrodo negativo. Este es el estado general de la densidad de energía. Los materiales de los electrodos positivos y negativos de las baterías de estado sólido no se han separado de las materias primas líquidas. Por lo tanto, la densidad de energía de las baterías de estado sólido no será mayor que la de las baterías líquidas.

El alto valor del que todo el mundo habla se basa en realidad en la expectativa de que las baterías totalmente de estado sólido puedan utilizar electrodos negativos de metal de litio para lograr una alta densidad de energía de la celda de la batería después de resolver el problema de seguridad, pero esta dificultad no es menor que resolver el Problema de seguridad de las baterías de metal de litio líquido. Por tanto, es insostenible decir que la densidad energética de las baterías de estado sólido es baja. Por el contrario, desde el estado de desarrollo real, la densidad de energía de las baterías de estado sólido será menor. El primero proviene de la aplicación de materiales del sistema de alta energía, el segundo proviene de la proporción de materiales activos, el tercero proviene del espesor de la membrana del electrolito y el cuarto proviene del problema de que no todos están pagando. mucha atención en la actualidad. El funcionamiento de baterías totalmente de estado sólido requiere una abrazadera de alta presión. La abrazadera aumentará el peso del equipo eléctrico durante el uso real, reduciendo así la ventaja de la densidad de energía de la celda de la batería hasta cierto punto.

En general, las baterías totalmente de estado sólido han mejorado enormemente la seguridad (existen pruebas reales), pero como batería de estado sólido de sulfuro con material de embalaje blando, el sulfuro en sí es un material con grandes riesgos de seguridad. En segundo lugar, la mejora de la seguridad de las baterías totalmente de estado sólido también es limitada. No es inherentemente seguro. Hasta cierto punto, todavía puede provocar una fuga térmica de la batería.

Lo anterior es una comprensión relativamente macroscópica de las baterías de estado sólido actuales, incluidas las de estado sólido y semisólido. Por supuesto, a largo plazo, el estado sólido sigue siendo optimista. Desde la situación actual, la dificultad de resolver los problemas de seguridad de las baterías líquidas de alta energía no es necesariamente menor que la dificultad de desarrollar una nueva generación de baterías de estado sólido de alta seguridad. Creo que con los esfuerzos conjuntos de las cadenas industriales ascendentes y descendentes, podemos romper el status quo y realizar la revolución.

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